矿车是在露天矿山、大型土建工地做短距离运输的非公路用汽车[1]，工况恶劣，需要结构强度高、功能件可靠、开发投入小的驾驶室。本文以某刚性式矿车驾驶室为例，介绍了矿车驾驶室结构设计内容及方案，并运用了Hypermesh及LS-DYNAS对此款驾驶室进行了防落物分析，验证了驾驶室结构设计的合理性。
1 矿车驾驶室结构设计
矿机驾驶室设计是依据工业造型及总布置要求，对驾驶室结构设计、内外饰设计、电气开发等。结构设计主要包括地板、左侧围、右侧围、后围、大顶骨架设计及驾驶室蒙皮设计。矿车驾驶室结构设计内容如图1：
图1 矿车驾驶室结构设计内容
为满足矿车恶劣的工况及安全性要求，其驾驶室结构由型材骨架、板材蒙皮焊接而成。骨架是驾驶室的主要承力体，设计时需要根据驾驶室总布置及结构要求，合理选型及布置型材，以满足驾驶室强度及刚度。具体的驾驶室结构如图2：
图2 矿车驾驶室结构
2 矿车驾驶室防落物分析
由于矿车主要工作于露天矿区，应防止跌落的岩石、飞溅的碎块等造成驾驶室被击穿或严重变形，危害到驾驶员的安全，故需参考国家标准《GB/T 17771-2010 土方机械 落物保护结构试验室试验和性能要求》[2]进行防落物分析。
该款驾驶室运用了Hypermesh和LS-DYNAS软件对其建立有限元模型及冲击强度计算，模拟在驾驶室顶部垂直距离3.51m处放置一338kg落锤自由下落冲击驾驶室顶部（冲击时能量不小于11600J），分析此驾驶室顶部垂直方向塑性变形量是否大于侵入挠曲极限量（Deflection-Limiting Volume，DLV），进而评估其落物保护结构（Falling-object protective structure，简称FOPS）是否满足保护驾驶员人身安全[3]。
2.1 前处理
根据该驾驶室与主机实际装配情况，将驾驶室底部与主机装配的孔固定约束，并确定驾驶室座椅司机座椅标定点（Seat Index Point，简称SIP）[3]点坐标，并分析得出DLV为230mm。根据工况特性，落锤与驾驶室顶部接触时间很短，属瞬态接触[4]，冲击能量主要由驾驶室顶部吸收，应力与位移应主要分布在驾驶室顶部，落锤冲击对驾驶室其余部分影响不大，因此分析模型只取驾驶室骨架及主要蒙皮。
驾驶室骨架、蒙皮材料为Q235钢材料，采用双线性各向同性强化模型模拟，密度取ρ=7.85×103kg/m3，弹性模量E=210GPa，泊松比μ=0.3。Q235屈服强度为235MPa，抗拉强度435MPa，伸长率26%，有限元模型如图3所示。
图3 有限元模型
2.2 结构应力应变分析
落锤冲击后结构变形情况如图4所示，驾驶室顶部未被穿透。驾驶室应力分布情况如图5所示，应力主要分布在顶部冲击位置附近区域，其中最大应力为420MPa，结构仅发生塑性变形吸收能量，无开裂现象。
图4 落锤冲击后结构变形
图5 驾驶室应力分布
驾驶室应变分布如图6所示，在垂直方向最大变形量为76.3mm，小于侵入挠曲极限量230mm，满足安全要求。
图6 驾驶室应变分布
三 结论
（1）矿车驾驶室结构常采用型材骨架承力，外表面焊接板材蒙皮，进而满足矿车恶劣工况下的驾驶室强度要求。
（2）为满足防落物的安全要求，可采用CAE分析手段依据GB/T 17771-2010标准进行落物保护结构的仿真分析，并依据分析结果指导设计。
参考文献：
[1] 梁小波，唐春喜，郝长千等， 220t矿用自卸车强度有限元分析. 中原工学院学报. 2010.2
[2] 土方机械委员会，《GB/T17771-2010 土方机械 落物保护结构试验室试验和性能要求》，国家质量技术监督局，北京：中国标准出版社，2011
[3] 天津工程机械研究所，《GB/T 8591-2000 土方机械 司机座椅标定点》，国家质量技术监督局，北京：中国标准出版社，2000
[4] 白佳宾,和亚刚，某自卸车落物保护结构的仿真分析,山西建筑,2009.9(第35卷第27期)
