第一章 绪论
工程机械不像汽车等是公路车辆，可以在平坦的路面上行使，恰好相反，它工作的环境复杂，行驶的路况很差，并且机器的使用性能和司机的操作水平高低不一，工程机械作业，特别是机器在装载作业时，整车的重心便比原来提高了，相应的它整车的稳定性就降低了，特别是机器在斜坡工作时，容易发生机器滚翻现象，由于其自身质量比较大，工作场所情况复杂，一旦发生滚翻事故就会造成严重的人身伤害，甚至出现人员死亡。 为了减少事故产生对生命财产造成的损失，目前采用最广泛的最为有效便捷的被动保护的方法，就是在机器上装配能起一定安全保护作用的 ROPS。许多发达国家已经通过立法的形式强制要求工程机械必须配备通过 ROPS 认证的驾驶室，否则就不允许销售，我国工程机械生产企业为了扩大产品销路，必然要和与国际上的生产企业同台竞争，也必然需要配备通过 ROPS 认证的驾驶室，柳工作为我国工程机械的派头兵，生产的工程机械产品大多早已在世界舞台上参与竞争，柳工生产的挖掘装载机主要面向的是国外市场，因此开发的驾驶室需要带有翻车保护装置 ROPS，并能通过有国际性安全认证资格的实验室的试验，获取相应的 CE 证书，为公司挖掘装载机产品出口创造条件。
在我国，目前主要用户有市政公司、自来水公司、管道煤气公司、电力公司、油田、建筑公司、林业公司、设备租赁公司，大型企业。个体用户主要有矿山开采、沙石开采、大型制砖等业主。 挖掘装载机在国外的发展速度比较快，市场容量也比较大，特别是在印度，市场上主要以挖掘装载机为主。从国外的发展情况来看，挖掘装载机是一个非常有发展前途的产品。 CLGA 系列挖掘装载机是本公司开发生产的第二代挖掘装载机。由于其核心部件大都选自世界著名公司，因其造型美观大方、性能非常卓越，性价比很高、可靠性也比较高等特质。已能与国际上的个行业巨头们的产品同台竞技，投放市场以来受到用户的广泛好评，具有很好的市场前景。 CLGA 系列挖掘装载机的主要部件有驾驶室、发动机、车架、工作装置、液压系统、电器系统等。驾驶室采用的是六立柱的封闭式驾驶室，也就是包含驾驶室骨架、蒙皮，门窗等全套零部件，使驾驶员不论是在晴天，还是雨雪等恶劣天气下都能驾驶机器施工，实现全天候作业。但随着挖掘装载机市场的不断拓展，销量的增加，对市场的细分也越来越明确，一些地区如美国东部、中美洲、南亚及非洲等地区提出需求：驾驶室不需要门窗，恶劣天气不会出去施工，客户只希望机器的价格能更便宜一些，再此要求下，敞篷驾驶室就应运而生，柳工生产的第一代挖掘装载机已配备有敞篷驾驶室，但随着产品的更新换代，包括前期的一些设计上存在着一些问题，原有的敞篷驾驶室已不能满足第二代挖掘装载机的使用要求，第一代的敞篷驾驶室随着客户的需求，在 2010 年进行过改进，但改进后的驾驶室没有做计算机仿真分析，结果在做试验时失败了，浪费了大量的人力物力财力，随着第二代机的成功推入市场，对于敞篷驾驶室的需求也越来越迫切，在此情况下，公司制定研发计划，要求开发新的敞篷驾驶室，满足第二代机的装配要求。
第三章 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS..........................16
3.1 有限元法概述.............................................................................. 16
3.2 非线性问题分析............................................................ 17
3.2.1 材料非线性............................................................................ 17
3.2.2 几何非线性（大变形）................................................... 17
3.2.3 状态非线性（接触问题）............................................... 18
第四章 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS 的有限元分析...............23
4.1 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室初始分析过程.............. 23
4.2 ROPS 优化后的非线性有限元分析.......................... 32
4.2.1 ROPS 的最小侧向承载能力分析过程 ................................................. 32
4.2.2 最小侧向能量吸收能力 .......................................................................... 33
4.2.3 垂直承载能力分析过程 ............................................. 36
4.2.4 纵向承载能力分析过程...................................................................... 38
4.3 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS 有限元分析结论..................... 40
第五章 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS 试验.................................42
5.1 试验概述........................................................................... 42
5.2 试验应满足的性能要求................................................................. 42
5.3 试验目的........................................................................ 43
5.4 试验加载程序.............................................................................. 43
结论
驾驶室 ROPS 证书是当今国际上发达国家规定工程机械必须获得的。本文对江苏柳工机械股份有限公司的 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS 进行了设计，并对其进行了计算机仿真分析和试验的研究，取得的成果如下：(1) 依据之前设计的驾驶室 ROPS 的成功与失败的经验，设计了一款挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS，并经过优化最终成功通过试验验证获得证书。(2) 依据弹塑性力学理论，应用 HyperMesh 有限元软件对 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS 进行了有限元建模，并用有限元分析软件 ANSYS对其 ROPS 结构进行了各种工况的性能分析。(3) 根据有限元分析结果，找到了驾驶室 ROPS 初始结构的薄弱环节，并结合实际情况进行了改进并再次分析了改进后的骨架，从分析结果来看改进后的驾驶室 ROPS 达到国际标准 ISO3471:2008 对驾驶室 ROPS 的性能规定。按照 ISO3471:2008 的规定，对江苏柳工机械股份有限公司生产的 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室 ROPS 进行了性能试验研究，科学地论证了驾驶室 ROPS 结构的合格性，并将计算机仿真分析结果和试验结果作了对比，对比分析结果说明运用有限元仿真分析技术对驾驶室 ROPS 先进行计算机仿真分析，可以得到驾驶室 ROPS的破坏模式和总体影响规律，计算出结构的应力应变、极限承载能力、变形量和吸收能量值等参数，对工程机械驾驶室的设计与改进并使其顺利通过试验并获得证书具有一定的理论指导意义。
参考文献
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