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1、专业文献综述专业文献综述题 目:关于拖拉机安全驾驶室的分析姓 名:学 院:工学院专 业:农业机械化及其自动化班 级:农机 91学 号:指导教师: 职称: 教授2013 年 3 月 2 日南京农业大学教务处制关于拖拉机安全驾驶室的分析摘要：拖拉机驾驶室是拖拉机工作的一个关键位置，也是拖拉机驾驶员工作和操作拖拉 机的核心位置。因此保证拖拉机驾驶室的安全既保证了驾驶员的人身安全也能保证拖拉 机的正常行驶和工作。拖拉机在行驶和作业时，经常会遇到一些意外情况，危及驾驶员 的人身安全。这种危险有两种，一种可能是外来的飞溅物由于受力击穿驾驶室而伤害驾 驶员，另一种是由于行驶或作业路况的不平整，或斜坡、坑洼等
2、路况所造成的侧翻或翻 车。这时将有可能威胁到驾驶员的安全。本文对拖拉机驾驶室的安全性能进行研究分析。关键词：拖拉机；驾驶室；安全Analysis on the tractor safety cabAbstract：The tractor cab is a key position in the tractor work, and also a tractor driver working and operating tractors core position. Therefore, to ensure the safety of tractor cab ensures the drivers
3、 personal safety can ensure the normal running of tractor and work. Tractor driving and operating, often encountered some unforeseen circumstances, endanger the personal safety of the driver. The risk has two kinds, one is external splash because of stress breakdown cab driver and hurt, another is d
4、ue to travel or work road unevenness, or slope, potholes, traffic caused by rollover or overturned. This will potentially threaten the safety of the driver. Research and analysis on the safety performance of tractor cab. Key words: tractor；the tractor cab；safety 引言：安全驾驶室设计的核心是确保安全空间,其强度特性是在保证安全空间的基础
5、 上,保证结构完整性的同时,允许结构塑性变形。当车辆发生翻车等意外事故时,冲击能量通 过驾驶室结构的变形吸能和耗散,在一定的变形模式下,车辆应能承受较大的撞击载荷,最大 限度地吸收能量,使结构变形向有利于保护驾驶员空间的方向发展,把传递给驾驶员的碰撞 能量降低到最小。若变形侵入驾驶员容身空间,则必危及到驾驶员生命1。正文：拖拉机是一种用来拖拉，牵引其他不能自行移动设备的装备。一般来说，它 是一种用来拖拽其他车辆或设备的车辆。用于牵引和驱动作业机械完成各项移动式作业 的自走式动力机。也可做固定作业动力。由发动机、传动、行走、转向、液压悬挂、动 力输出、电器仪表、驾驶操纵及牵引等系统或装置组成。发
6、动机动力经传动系统传给驱 动轮，使拖拉机行驶。拖拉机属于工程车辆，由于工程车辆属于非公路车辆，其工作环境复杂、行驶路况 恶劣、承载运行时整车的稳定性下降等原因，致使翻车事故经常发生，尤其是采用铰接 式车架的工程车辆稳定性较差，更容易导致翻车事故2 ，严重威胁着司机的生命安全； 再者，工程车辆本身的车体质量较大，翻车事故造成的致命伤害率极高。当前,我国用中、 小型轮式拖拉机完成农业作业有较快的发展趋势,而农业作业的工作环境十分恶劣。国外 大量统计资料表明,在农业作业中,由于拖拉机翻车而造成的人身伤亡事故约占农机总伤亡 事故的 70%。由翻车引起伤亡的主要原因,一是没有牢固的安全架装置,受到撞击后
7、,驾驶员 必需的容身空间受到侵犯,引起窒息性伤亡;二是没有吸收冲击能量的装置,使翻车后往往产 生连续滚翻,人员受到冲撞使伤害严重3。轮式拖拉机驾驶室在发生翻车事故时，受到巨大的冲击载荷，结构往往产生很大的变形，对驾驶员的生命安全构成威胁，为此，驾驶 室的安全强度引起人们的极大关注。国际、国内都制定了一些轮式拖拉机驾驶室安全强 度的试验标准和验收条件，一些欧洲国家还立法规定:新的拖拉机必须安装经过批准的安 全驾驶室4。驾驶室保护装置起到保护驾驶员的基本机理是:在发生落物事故时，保护驾驶员不被 下落物体击中;在发生翻车事故时，遇到较软的地面保护结构能够扎入地面并支撑机器的 自重、遇到硬地面时保护结
8、构能发生塑性变形吸收冲击能量，并能承受一定的载荷，同 时能留给驾驶员一定的生存空间5。一个安全的驾驶室结构要求当拖拉机发生翻车等意外事故时，能够抵抗撞击和压力 载荷，保证驾驶员的容身空间不受侵犯，同时应允许结构有一定的屈服变形，以吸收外 部的撞击能量，这就是其安全强度准则。为了在翻车事故中保障司机的生命安全，当前 最有效的方法是在工程车辆上加装翻车保护结构（Roll-over protective structure，简称 ROPS 6 ） 。翻车保护结构具有一系列的结构件，它的作用是当工程车辆翻车时，减小挤伤系安全带坐着的司机的可能性。翻车保护结构工作时处于弹塑性变形阶段，甚至其整 体会进入
9、塑性机构变形阶段，而且使用一次就必须报废。这就使工程车辆翻车保护结构 的设计方法与传统的弹性范围内的结构设计方法还有着本质的区别：第一，ROPS 的设计 计算属于塑性大变形设计，塑性大变形设计理论还不成熟，至今仍是结构力学和现代机 械设计方法领域着力研究的课题之一；第二，ROPS 的设计同时包含刚度设计、强度设 计和能量设计，三者之间还存在相互制约的问题。再者，工程车辆的整机质量、整车稳 定性、驾驶室结构、工作环境、翻车工况等使其 ROPS 的设计与汽车的碰撞控制结构设 计的理论、方法7,8也有很大差别，尤其是大型工程车辆的 ROPS9。国内外研究在国际上，工程车辆驾驶室保护结构的出现可以追溯
10、到 1976 年，当时工程车辆己相 当普遍地使用在各类大型施工中。由于工程车辆属非路面车辆，工作环境恶劣，落物和 翻车事故难以避免。为了保障驾驶员的生命安全，降低财产损失， 1967 年 11 月美国工 程与工业机械技术协会(Construction and Industrial Machinery Technical Committee 简称 CIMTC)首先提出了在工作环境恶劣、易出事故的铲土运输机械 (Earth Moving Machinery)上安装适当的保护结构。1969 年 7 月，该组织正式将发生落物事故时保护驾驶 员安全的结构称为落物保护结构 (Falling object
11、protective Structures，简称为 FOPS)。 1972 年 CIMTC 提出了评价 FOPS 性能的实验室静态检测方法和挠曲极限量(简称 DLV 10)的 定义，从而使 FOPS 有了统一的试验规范。 1974 年，美国汽车工程协会根据 CIMTC 提 出的翻车保护结构(Rollover Protective structures，简称 ROPS)检测规定制定了 SAEJIO4O、SAEJ1043。国际标准化组织引用上述两个标准制定了 1503449土方机械落 物保护结构实验室试验和性能要求 、 1503164土方机械一落物和翻车保护结构实验 室鉴定一挠曲极限量的规定和 1
12、50347l(土方机械翻车保护结构实验室试验和性能要求 ， 1984 一 1994 年，国际标准化组织又对此标准做了几次修改。2005 年，国际土方机械年 会上，根据当前工程车辆的发展趋势和旧标准在实践中暴露的问题，对 ROPS 实验室试 验标准提出了一些修改意见。同年，国际标准化组织“土方机械”技术委员会制定了 最新的工程车辆落物保护结构实验室标准 1503449 一 2005，取代了原来的 1503449 一 1992，该标准中说明了 FOPS联邦德国、日本等国制定并实施了有关 FOPS&ROPS 的安全法规，加拿大、英国、法国等一些国家相继提出这一要求，近年来，许多国家通过立法 来强制要
13、求进入市场的挖掘机安装达到标准要求的保护结构5。我国在翻车保护结构标准制定方面起步较晚，1999 年国家质量技术监督局发布了 GB1792211和 GB1777212规定了土方机械翻车保护结构实验室性能检测要求和鉴定标准 挠曲极限量，这些标准等同或等效地采用了对应的国际标准。2001 年发布的 JB6030- 200113中增加了关于 ROPS 的内容。近几年，逐渐完善了具体机型的翻车保护结构实验 室标准。我国在 1984 年曾对 ROPS 模型试验进行过初步的探讨，但研究工作未深入开展14。 此后，科研人员在 ROPS 计算方法和实验室试验方面做了大量的工作。经历了由塑性极 限分析15，弹性
14、极限分析16；考虑能量吸收性能的增量变刚度法计算的研究17；到推导 了弹性、弹塑性阶段 ROPS/FOPS 变形的计算公式18,19；提出采用非对称弯曲梁的弹性 和塑性极限强度理论分析方法20的发展过程。随着非线性理论研究的不断深入和计算机 仿真技术的日趋成熟，应用非线性有限元方法对 ROPS 性能进行模拟分析，已经成为 ROPS 设计计算的主流。其中王继新在工程车辆倾翻保护结构设计方法与试验研究通过 进行多种工程车辆不同类型翻车保护结构的实验室试验，获得了翻车保护结构在各种加 载方式下的变形模式和失效机理。提出了基于能量吸收控制的翻车保护结构设计方法， 解决了 ROPS 的能量吸收设计问题。
15、陈龙, 王锦雯, 周孔亢在农林车辆安全驾驶室碰撞 的数值模拟对农用拖拉机 ROPS 应用非线性有限元方法，进行动态碰撞过程数值模拟， 并通过摆锤试验进行了验证。 工程车辆的翻车保护结构有两种类型：第一种类型的翻车保护结构与驾驶室是一体 的，也可称为安全驾驶室式 ROPS；第二种类型的翻车保护结构安装在驾驶室外，通过 螺栓或者销轴与车架联接，称为独立式 ROPS。安全驾驶室式 ROPS 在结构形式、安装 方式和允许的变形空间等方面都与独立式 ROPS 不同。它的特点是以驾驶室的骨架作为 ROPS，然后在 ROPS 外侧配装薄板覆盖件，在 ROPS 内部布置通常驾驶室的附件，并 在驾驶室与车架间安
16、装减震装置。这种驾驶室既能在翻车时起到保护司机的作用，也能 提供通常驾驶室对司机的主动安全防护功能，因而对司机有更好的保护作用。以往的研 究忽视了此类驾驶室装备翻车保护结构后增加的质量所带来的平顺性变差问题。当前需 要针对这种翻车保护结构开发新型减震装置，使减震装置既能在整车工程中起到衰减振 动、提高操纵舒适性的作用；又能在翻车过程中使翻车保护结构与车架牢固联接，以保 证 ROPS 的承载能力和能量吸收能力的发挥。翻车保护结构性能要求与试验方法ISO3471 规定的翻车保护结构适用于以下有司机操作座位的工程车辆5，包括履带 式拖拉机和装载机；平地机；轮式装载机和轮式拖拉机、轮式推土机、滑移转向装载机 和挖掘装载机；工业用轮式拖拉机；自行式铲运机、运水车、铰接转向自卸车、底卸车、 侧卸车、后卸车；压路机和夯实机；整体车架自卸车等。四项性能要求在最新的国际标准5中对工程车辆翻车保护结构的四项性能要求
