(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210749402.6 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 江苏徐工 工程机械研究院有限公司 地址 221004 江苏省徐州市徐州经济技 术 开发区驮蓝山路26号 (72)发明人 杨兰仲　房有年　路易霖　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 刘艳艳 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) B62D 33/06(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种ROPS骨架设计方法及工程机 械驾驶室 (57)摘要 本发明公开了一种ROPS骨架设计方法及工 程机械驾驶室， ROPS骨架设计方法包括： 依据土 方机械标准计算得到ROPS骨架的侧向加载力Fmax 及侧向载荷能量Umax目标值； 从简支梁结构力学 模型中选 择合适的驾驶室骨架结构类型； 根据创 建的最大侧向加载力Fmax速算公式、 最大载荷能 量Umax速算公式， 计算得到所有立柱和顶横梁的 型材截面模数之和， 据此选择合适的型材， 采用 选择的驾驶室骨架结构类型搭建封闭空间框架 结构。 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 CN 115081140 A 2022.09.20 CN 115081140 A 1.一种ROP S骨架的设计方法， 其特 征在于， 包括： 依据ROPS骨架的适用机型最大整机质量， 根据GB/T  17922、 GB/T  19930或GB/T19930.2 中规定的计算得到ROP S骨架的侧向加载力Fmax及侧向载荷能量Umax目标值； 根据驾驶室适用机型特点， 从简支梁结构力学模型中选择合适的驾驶室骨架结构类 型； 其中所述简支梁 结构力学模型包括普通驾驶室骨架结构、 中横梁加强骨架结构、 斜拉梁 加强骨架结构； 基于简支梁结构力学模型骨架结构类型和计算得到的ROPS骨架的侧向加载力Fmax及侧 向载荷能量Umax目标值， 根据最大侧向加载力Fmax速算公式、 最大载荷能量Umax速算公式， 分 别计算得到两组型材截面模数之和值， 选取两组型材截面模数之和值中较大值作为最终的 满足关系式的所有立柱和顶横梁的型 材截面模数之和； 根据型材截面模数之和选取合适的型材， 采用选择的驾驶室骨架结构类型搭建封闭空 间框架结构。 2.根据权利要求1所述的ROP S骨架的设计方法， 其特 征在于， 所述最大侧向加载力Fmax速算公式为： Fmax＝2·K·σ拉·∑{(∑{(WA_立柱+W顶_A横梁)/LA,(WB_立柱+W顶_B横梁)/LB,n·(WD_立柱+W顶_D横梁)/ LD} 所述最大载荷能量Umax速算公式为： Umax＝1.5·Smax·K·σ拉·∑{(WA_立柱+W顶_A横梁)/LA,(WB_立柱+W顶_B横梁)/LB,n·(WD_立柱+ W顶_D横 梁)/LD}＝0.42·K·σ拉·∑{(WA_立柱+W顶_A横 梁)/LA,(WB_立柱+W顶_B横 梁)/LB,n·(WD_立柱+W顶_D横 梁)/ LD} 其中n为结构加强系数， 根据选择的驾驶室骨架结构类型确定； Fmax、 Umax采用计算得到的侧向加载力Fmax及侧向载荷能量Umax目标值； K表示完全塑性变形 区加强系数， 通过根据实验数据中最大侧向加载力Fmax回归分析获 得； 最大变形位移Smax采用实验数据中正态统计数据中值； σ拉表示材料的拉伸应力极限值， 根据选择的材 料为固定值； LA、 LB、 LD、 Ld根据选择的驾驶室骨 架结构类 型为已知值， 分别表示A柱高度尺寸、 B柱高度 尺寸、 D柱高度尺寸、 斜拉梁加强骨架结构 D柱最高点至斜拉梁最高点的高度尺寸。 3.根据权利 要求2所述的ROPS骨架的设计方法， 其特征在于， 其中n为结构加强系数， 根 据选择的驾驶室骨架结构类型确定， 包括： 普通驾驶室骨架结构： n 为1； 中横梁加强骨架结构： n ＝(W立柱+W顶_横 梁+W中_横 梁)/(WD_立柱+W顶_D横 梁)； 斜拉梁加强骨架结构： n ＝LD/Ld。 4.根据权利要求1或2所述的ROPS骨架的设计方法， 其特征在于， 所述最大侧向加载力 Fmax速算公式和最大侧向加载力Fmax速算公式的创建方法包括： S1创建力学模型： 依据ROPS试验中要求的侧推加载力F及侧推载荷能量U作为设计目 标， 创建侧推加载力F及侧推载荷能量U与型材抗弯几何参数的关系式， 得到简支梁结构力 学模型， 根据所述简支梁结构力学模型分析得到弯矩平衡公式： 各塑性铰的抵抗弯矩之和 等于加载力产生的弯 矩；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115081140 A 2S2选定设计参数： 解析弯矩平衡公式获得型材抗弯几何参数截面模数W， 截面模数W是 决定ROPS骨架型材最大承载能力Mmax的关键因子， 截面模数W与最大承载能力Mmax的关系式 为： Mmax＝K·σ拉·W； 将Mmax＝K·σ拉·W代入S1得到的弯 矩平衡公式可 得到ROPS骨架最大侧向加载力公式； S3、 获取ROPS侧推试验中骨架型材进入完全塑性变形区的实验数据， 提取实验数据中 的最大侧向加载力Fmax、 最大侧向载荷能量Umax和最大变形位移Smax； 根据采用实验数据中最 大变形位移Smax正态统计数据中值； S4、 根据实验数据提取得到的所述最大侧向加载力Fmax回归分析获得S2创建的关系式 中的K值， 得ROP S骨架最大侧向加载力Fmax速算公式， 表示 为： Fmax＝2·K·σ拉·∑{(WA_立柱+W顶_A横 梁)/LA,(WB_立柱+W顶_B横 梁)/LB,n·(WD_立柱+W顶_D横 梁)/LD} 其中n为结构加强系数； 普通驾驶室骨架结构： n 为1； 中横梁加强骨架结构： n ＝(W立柱+W顶_横 梁+W中_横 梁)/(WD_立柱+W顶_D横 梁)； 斜拉梁加强骨架结构： n ＝LD/Ld； 通过统计分析S3创建的数据库中侧向加载力F和侧向变形位移S的关系曲线得到塑性 变形区内吸收的载荷能量占总载荷能量的2/3， 塑性变形区内位移占总变形位移的1/2， 最 大变形位移Smax正态统计数据中值 为0.28m， 由此 得到最大 载荷能量Umax速算公式， 表示 为： Umax＝0.75·Fmax·Smax＝1.5·Smax·K·σ拉·∑{(WA_立柱+W顶_A横 梁)/LA,(WB_立柱+W顶_B横 梁)/LB, n·(WD_立柱+W顶_D横 梁)/LD} ＝0.42·K·σ拉·∑{(WA_立柱+W顶_A横 梁)/LA,(WB_立柱+W顶_B横 梁)/LB,n·(WD_立柱+W顶_D横 梁)/LD}。 5.根据权利要求 4所述的ROP S骨架的设计方法， 其特 征在于， S1包括： 所述简支梁结构力学模型包括普通驾驶室骨架结构、 中横梁加强骨架结构、 斜 拉梁加强骨架结构三种； 普通驾驶室骨架结构 简支梁结构力学模型的弯 矩平衡公式为： 2·(M立柱+M顶_横 梁)＝F·L， 中横梁加强骨架结构 简支梁结构力学模型的弯 矩平衡公式为： 2·(M立柱+M顶_横 梁+M中_横 梁)＝F·L 斜拉梁加强骨架结构 简支梁结构力学模型的弯 矩平衡公式为： 2·(M立柱+M顶_横 梁)＝F·Ld 其中M立柱、 M顶_横梁、 M中_横梁分别为立柱塑性铰抵抗弯矩、 顶横梁、 中横梁塑性铰抵抗弯矩， F 为简支梁结构侧向加载力、 L 为立柱高度尺寸； S2包括： ROP S骨架最大侧向加载力公式； a)普通驾驶室骨架结构最大侧向加载力公式： Fmax＝2·K·σ拉·(W立柱+W顶_横 梁)/L b)中横梁加强骨架结构最大侧向加载力公式： Fmax＝2·K·σ拉·(W立柱+W顶_横 梁+W中_横 梁)/L c)斜拉梁加强骨架结构最大侧向加载力公式： Fmax＝2·K·σ拉·(W立柱+W顶_横 梁)/Ld。 6.根据权利要求4所述的ROPS骨架的设计方法， 其特征在于， S3中最大变形位移Smax正权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115081140 A 3