裝載機(jī)屬于非公路車輛，其工作環(huán)境復(fù)雜，行駛路況惡劣，加之在承載運行時整車穩(wěn)定性下降，因此滾翻事故經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重威脅著司機(jī)的生命安全。同時，隨著公司產(chǎn)品出口量的不斷增加，外商對產(chǎn)品安全保護(hù)方面的要求越來越嚴(yán)格，不符合國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不允許出口。為了適應(yīng)國際市場的要求，同時提升我公司產(chǎn)品的安全性能，我們在現(xiàn)有產(chǎn)品駕駛室上設(shè)計并加裝了翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)（ROPS）。
　　目前評價ROPS的設(shè)計是否成功，主要是看其能否滿足國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3471:2008《土方機(jī)械翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)實驗室試驗和性能要求》。我公司設(shè)計的某機(jī)型ROPS在按照上述標(biāo)準(zhǔn)試驗時發(fā)生破壞，未能滿足國際標(biāo)準(zhǔn)要求。由于ROPS在試驗過程中結(jié)構(gòu)存在大變形，材料進(jìn)入塑性狀態(tài)，本文以非線性有限元技術(shù)為理論基礎(chǔ)，利用結(jié)構(gòu)分析軟件Nastran按照標(biāo)準(zhǔn)試驗的工況對ROPS進(jìn)行了深入分析。通過分析表明，ROPS存在設(shè)計缺陷是導(dǎo)致試驗失敗的主要原因。根據(jù)分析結(jié)果對原ROPS進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)經(jīng)過分析，其各項性能都有明顯改善，并順利通過了符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求的性能試驗。
　　1.輪式裝載機(jī)ROPS實驗室測試性能指標(biāo)
　　根據(jù)ISO3471：2008《土方機(jī)械翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)實驗室試驗和性能要求》（限于篇幅，本文對此標(biāo)準(zhǔn)不作詳細(xì)介紹），以ROPS裝配整機(jī)質(zhì)量M=23t計算，我公司設(shè)計的ROPS應(yīng)滿足下述性能要求。
　　1.1.最小側(cè)向載荷能力要求
　　2ROPS的改進(jìn)與分析
　　2.1ROPS的改進(jìn)
　　根據(jù)以上對ROPS失效原因的分析，我們對原有的ROPS作了如下改進(jìn)：
　　1）提高立柱與底板的連接強(qiáng)度，在立柱與底板之間焊接加強(qiáng)板；
　　2）增加底板厚度，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；
　　3）將立柱材料由Q345改為Q235，ROPS其他部分材料仍為Q345。在兩立柱內(nèi)側(cè)開兩個直徑為80mm的應(yīng)力釋放孔，將大應(yīng)力點由焊縫轉(zhuǎn)移到母材上，在提高立柱的彎曲能力即結(jié)構(gòu)吸能性能的同時，對焊縫加以保護(hù)。
　　2.2ROPS的改進(jìn)分析
　　在保證裝配通用性的前提下，對原有的ROPS進(jìn)行了局部改進(jìn)。對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)建立有限元模型，提交Nastran計算分析以后，得到ROPS整體應(yīng)力分布云圖。對ROPS改進(jìn)部位的應(yīng)力及變形是我們最為關(guān)注的，可以看到，立柱與底板的焊縫連接處應(yīng)力僅為220MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力；在立柱的開孔處出現(xiàn)了明顯的塑性變形，開孔處的應(yīng)力為390MPa，小于材料Q235斷裂的強(qiáng)度極限415MPa?？梢岳斫釸OPS主受力點已經(jīng)由連接焊縫轉(zhuǎn)移到立柱母材的開孔處，在保護(hù)焊縫的同時，改善了ROPS結(jié)構(gòu)的能量吸收性能。輸出加載過程中所有單元的能量吸收值為34.52kJ，這說明新結(jié)構(gòu)的能量吸收能力得到了明顯提高。雖然分析得到的能量吸收值稍小于標(biāo)準(zhǔn)要求的側(cè)向加載能量吸收值，但是分析時未考慮車架，車架變形也能吸收能量，故此結(jié)構(gòu)的能量吸收性能可以滿足要求。
　　ROPS加載試驗過程屬于一次加載工況，并非疲勞破壞，母材應(yīng)力只有超過其所用材料的強(qiáng)度極限才可能出現(xiàn)斷裂。即使ROPS局部發(fā)生破壞，如果還能繼續(xù)承受載荷直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，那么該ROPS的設(shè)計也是成功的。同時ROPS必須產(chǎn)生一定的塑性變形，以保證側(cè)向加載時的能量吸收要求。
　　綜上所述，通過盡量少的結(jié)構(gòu)調(diào)整，新ROPS側(cè)向加載工況時的各項性能都得到了明顯改善。在加強(qiáng)焊縫部位的同時，適當(dāng)降低了立柱的剛度，提高了結(jié)構(gòu)的能量吸收性能。由于篇幅所限，本文對ROPS縱向和垂直加載的分析就不再論述。
　　3結(jié)論
本文建立了某裝載機(jī)ROPS非線性有限元模型，通過計算分析找到了該ROPS的設(shè)計缺陷并進(jìn)行改進(jìn)。最終，新設(shè)計的ROPS順利通過了符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求的各項性能試驗。通過此次對ROPS的分析與改進(jìn)，筆者體會到非線性有限元分析對ROPS設(shè)計的重要作用，同時也獲得了很多關(guān)于合理設(shè)計ROPS的理論和實踐知識，這將為公司其他機(jī)型駕駛室ROPS的設(shè)計提供寶貴的設(shè)計和分析經(jīng)驗。