一种自卸车滚翻保护结构及驾驶室ROPS骨架

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种自卸车滚翻保护结构及驾驶室ROPS骨架。

背景技术

工程机械（大型矿用自卸车）驾驶室大多以型钢作为骨架，是一种常用的滚翻保护结构（ROPS）。ROPS应具有足够的强度和刚度以保证其在侧向、纵向和垂向载荷连续作用下不至破坏（强度要求）或变形过大（挠度要求），以保护车辆驾驶者不受侵入伤害；并要具备一定的变形吸能能力（吸能要求）以减少驾驶者受到的冲击。

同时，工程机械产品工作环境恶劣，翻车事故发生率相比其他车辆较高。因此，在保证驾驶室ROPS刚度和强度的前提下，增加驾驶员的视野可相对减少翻车事故、保障车内人员的安全。

目前，在超大吨位矿用自卸车领域，为保证驾驶室有足够的强度，现有驾驶室ROPS主骨架形式多为8立柱结构，结构简图如图8所示，为全封闭骨架结构，其主要承载立柱至少达到6根，分别是A、B、D柱或A、C、D柱；驾驶室ROPS与车架之间的连接形式如图9所示，通过4对安装座及前连接框架03、后连接横梁02，将驾驶室ROPS01固定安装在车架04上。

根据相关国内、国际标准（GB/T 17922-2014、ISO 3471-2008），大吨位、超大吨位工程机械驾驶室ROPS防滚翻要求（尤其是侧向承载力及侧向能量吸收要求）很高。因此在驾驶室设计与制造时通常选用截面尺寸大、管壁厚的型钢管或异型钢管作为驾驶室的主骨架（包括立柱）；由于侧向载荷要求高，为保证驾驶室ROPS能通过安全认证，超大吨位矿车的驾驶室与车架之间通常不安装减震器，而是使用数量众多的M30甚至更高规格的螺栓直接进行紧固。

现有技术存在以下缺点：(1) 现有技术将A柱作为一条传力路径，为保证有驾驶室足够的刚度，该条传力路径上的所有部件（如前连接框架）均要进行优化与加强，既增加了设计周期，又不利于产品减重；

(2) 在防滚翻安全认证试验中，立柱下端往往过早地发生屈服，导致驾驶室整体强度降低，不能满足防滚翻标准要求，此时需要为立柱选用尺寸更大、管壁更厚的钢管，过于粗壮的A柱与B柱将限制驾驶人员的前方及侧前方视野，造成安全隐患；

(3) 巨大的侧向载荷将导致驾驶室-车架的紧固螺栓处于拉弯剪组合的恶劣工况，极易发生螺栓断裂现象。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种适用于大吨位工程机械产品的自卸车滚翻保护结构及驾驶室ROPS骨架。

(1) 为超大吨位矿车驾驶室ROPS设计新型半封闭承载骨架结构，改变传统受力形式，提升驾驶室的防滚翻安全性能；

(2) 在保证承载力的条件下取消常规驾驶室的A柱，并弱化B柱的承载分配，缩减其截面尺寸，降低驾驶员的视野盲区；

(3) 设计新的驾驶室-车架连接装置，避免紧固螺栓受剪，解决螺栓断裂的问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种驾驶室ROPS骨架，包括顶部承载梁、C柱、D柱、底部承载梁、顶部C型框架、B柱、底部C型框架，由顶部承载梁、C柱、D柱、底部承载梁组成承载性构件，由顶部C型框架、B柱、底部C型框架共同构成功能性构件；

所述驾驶室ROPS骨架以C柱和D柱作为承载立柱，顶部承载梁、底部承载梁均为方形框架结构且水平设置； C柱竖直设置，且C柱顶端连接顶部承载梁外角底部，C柱底部连接底部承载梁的内角处；D柱倾斜设置，且D柱顶端连接顶部承载梁外角底部（与C柱顶端固定在一起），D柱底部连接底部承载梁的外角处；C柱、D柱及底部承载梁的横梁围成三角形结构；

所述底部承载梁水平向内延伸连接有底部C型框架，顶部承载梁水平向内延伸连接有顶部C型框架；B柱竖直设置、且顶端连接至顶部承载梁内角处，底端连接至底部C型框架上。

在一些实施例中，所述顶部承载梁与C柱之间设置有加强结构。

进一步的，所述加强结构为斜支撑、加强筋或加强板。

在一些实施例中，所述B柱为直方型钢管、弯方型钢管或直异型钢管、弯异型钢管。

另一方面，还提供一种自卸车滚翻保护结构，包括上安装座、限位结构、下安装座、后连接横梁和上述的驾驶室ROPS骨架；

所述C柱和D柱的底端固定在上安装座上，C柱、D柱及上安装座围成三角形结构；

所述后连接横梁上表面对应位置固定有下安装座；

所述上安装座、下安装座对应位置设置有用于限制驾驶室相对于车架水平转动的限位结构，以及用于安装固定螺栓的螺栓孔；

驾驶室ROPS骨架与上安装座固定在一起，后连接横梁与下安装座固定在一起，通过限位结构进行定位安装，并通过固定螺栓紧固。

在一些实施例中，所述驾驶室ROPS骨架与上安装座焊接在一起，后连接横梁与下安装座焊接在一起。

在一些实施例中，所述限位结构采用限位销轴，上安装座、下安装座对应位置均设置有用于安装限位销轴的销轴孔，通过限位销轴进行定位安装。

在另一些实施例中，所述限位结构采用限位挡板或限位凸台，所述限位挡板或限位凸台设置在上安装座、下安装座两者之一上，上安装座、下安装座两者之另一上对应位置与限位挡板或限位凸台相互配合，形成用于限制驾驶室相对于车架水平转动的限位结构。

在一些实施例中，所述固定螺栓采用螺栓组。

所述的自卸车滚翻保护结构，所述驾驶室ROPS骨架通过后连接横梁与车架安装连接在一起。

有益效果：本发明提供的自卸车滚翻保护结构，具有以下优点：

(1) 驾驶室ROPS骨架以C柱和D柱作为主要承载立柱，C柱、D柱及上安装座围成三角形结构，同时在顶部承载梁与C柱焊接处增设斜支撑，提升了ROPS结构的安全性能；

(2) 驾驶室ROPS骨架取消了传统驾驶室的A柱，并将B柱的承载分配弱化，显著降低B柱的截面尺寸，从而提升了驾驶人员的视野范围；

(3) 新的驾驶室-车架连接装置取消了前连接框架，实现整车减重并简化了生产流程；

(4) 驾驶室两边的上、下安装座均设计限位结构（限位销轴孔配合限位销轴，或者限位挡板或限位凸台）可限制驾驶室相对于车架的水平运动，在侧向载荷或纵向载荷作用下可保护紧固螺栓不被剪切破坏，进而减少了螺栓的数量。

附图说明

图1至图4为本发明实施例的结构图；

图5为本发明实施例与车架的连接形式结构图；

图6为本发明实施例驾驶室ROPS骨架的结构图；

图7为本发明实施例中另一限位结构的示意图；

图8为现有技术中驾驶室ROPS骨架的结构图；

图9为现有技术中与车架的连接形式图；

图中：驾驶室ROPS骨架1：顶部承载梁11、斜支撑12、C柱13、D柱14、底部承载梁15、顶部C型框架16、B柱17、底部C型框架18，螺栓组2、上安装座3、限位销轴4、下安装座5、后连接横梁6。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

如图6所示，一种驾驶室ROPS骨架1，包括顶部承载梁11、C柱13、D柱14、底部承载梁15、顶部C型框架16、B柱17、底部C型框架18，由顶部承载梁11、C柱13、D柱14、底部承载梁15组成承载性构件，由顶部C型框架16、B柱17、底部C型框架18共同构成功能性构件；

所述驾驶室ROPS骨架1以C柱和D柱作为承载立柱，顶部承载梁11、底部承载梁15均为方形框架结构且水平设置； C柱13竖直设置，且C柱顶端连接顶部承载梁11外角底部，C柱底部连接底部承载梁15的内角处；D柱倾斜设置，且D柱顶端连接顶部承载梁11外角底部（与C柱13顶端固定在一起），D柱底部连接底部承载梁15的外角处；C柱、D柱及底部承载梁15的横梁围成三角形结构；

所述底部承载梁15水平向内延伸连接有底部C型框架18，顶部承载梁11水平向内延伸连接有顶部C型框架16；B柱17竖直设置、且顶端连接至顶部承载梁11内角处，底端连接至底部C型框架18上。

在一些实施例中，所述顶部承载梁11与C柱13之间设置有加强结构。进一步的，所述加强结构为斜支撑12、加强筋或加强板。

在一些实施例中，所述B柱为直方型钢管、弯方型钢管或直异型钢管、弯异型钢管。

实施例2

一种自卸车滚翻保护结构，包括上安装座3、限位结构、下安装座5、后连接横梁6和上述的驾驶室ROPS骨架1；

所述C柱和D柱的底端固定在上安装座3上，C柱、D柱及上安装座围成三角形结构；

所述后连接横梁6上表面对应位置固定有下安装座5；

所述上安装座3、下安装座5对应位置均设置有用于限制驾驶室相对于车架水平转动的限位结构，以及用于安装固定螺栓的螺栓孔；

驾驶室ROPS骨架1与上安装座3固定在一起，后连接横梁6与下安装座5固定在一起，通过限位结构进行定位安装，并通过固定螺栓紧固。

所述驾驶室ROPS骨架1通过后连接横梁6与车架安装连接在一起。

在一些实施例中，如图1所示，所述限位结构采用限位销轴4，上安装座3、下安装座5对应位置均设置有用于安装限位销轴4的销轴孔，通过限位销轴4进行定位安装。

在另一些实施例中，所述限位结构采用限位挡板或限位凸台，所述限位挡板或限位凸台设置在上安装座3、下安装座5两者之一上，上安装座3、下安装座5两者之另一上对应位置与限位挡板或限位凸台相互配合，形成用于限制驾驶室相对于车架水平转动的限位结构。图7给出了替代方案，替代方案不包含限位销轴，安装座不需要预留销轴孔，但仍可达到限制驾驶室相对于车架水平转动的目的。

在一些具体实施例中，如图1至图4所示，为一种自卸车滚翻保护结构，包括由驾驶室ROPS骨架1、螺栓组2、上安装座3、限位销轴4、下安装座5、后连接横梁6。驾驶室ROPS骨架1与上安装座3焊接在一起，后连接横梁6与下安装座5焊接在一起，通过限位销轴4进行定位安装，并通过螺栓组2紧固。限位销轴4与上、下安装座销轴孔的紧密配合能够避免螺栓在恶劣工况下受剪破坏。

图5为本实施例自卸车滚翻保护结构与车架的连接示意图，本发明实施例取消了现有技术方案中起始于A柱的一条传力路径，进而取消了驾驶室与车架之间的前连接框架。

图6标示出了驾驶室ROPS骨架的主要组成构件。如图6所示，驾驶室ROPS骨架1由顶部承载梁11、斜支撑12、C柱13、D柱14、底部承载梁15组成承载性构件，由顶部C型框架16、B柱17、底部C型框架18共同构成功能性构件。功能型构件为挡风玻璃、门、底板及操作台等提供安装位置。承载性构件为驾驶室ROPS提供满足标准要求的防滚翻性能，具体如下：

纵向加载时，驾驶室发生前倾变形，左右两侧由C、柱D柱构成的三角形结构能够提供远大于标准要求的承载力；

垂直加载时，在斜支撑的作用下，顶部受到的载荷可有效转移至C柱、D柱，从而使驾驶室的受力形式与纵向加载类似；

侧向加载时，驾驶室发生扭转与侧倾变形，左右两侧的三角形结构发生反方向扭转与同方向侧倾，在顶部承载梁和底部承载量的连接下，整个ROPS协调变形，能提供足够的承载力与能量吸收。

本发明实施例中，(1) 不含A柱（承载骨架为半封闭结构），C柱与D柱呈三角形结构；(2) 顶部承载梁与C柱之间有加强结构；(3) 驾驶室ROPS与车架仅通过后连接横梁安装连接在一起，不含前连接结构；(4) 驾驶室安装座设计有限位结构，能限制驾驶室相对于车架的水平转动。

本发明给出了一种适用于超大吨位矿卡的，具有宽视野、高强度结构承载力的滚翻保护结构及其与车架的连接装置。设计了新的ROPS承载骨架，取消了常规驾驶室的A柱（半封闭骨架结构），并缩减B柱截面尺寸，极大地降低驾驶员的视野盲区；设计了新的驾驶室-车架连接装置，取消了前连接框架，有利于降低整车重量，并解决了加载力过大导致紧固螺栓断裂的问题。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。