工程机械ROPS的材料研究

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欧美等发达国家很早就对工程机械的安全性颁布了标准，要求使用翻车保护结构（rops）来避免工作过程中因翻车造成的人身伤亡。1999年我国颁布并实施了GB/T17922-1999《土方机械翻车保护结构试验室试验和性能要求》，大部分企业开发了符合国家标准要求的产品。也有的企业未能正确理解翻车保护结构（ROPS）的要求，使用的材料不能满足标准要求，一旦发生翻车意外而造成人身伤亡，不仅要承担经济赔偿，还会造成企业信誉损失。因此，生产带有翻车保护结构（ROPS）的工程机械产品应当按照标准要求正确选用合格的材料。

1GB/T17922-1999标准简介

该标准等效采用ISO3471-1994，该标准符合美国SAEJ1040C及欧洲有关安全标准规定。标准规定了在静载荷作用下统一的、可重复的评价翻车保护结构（ROPS）载荷承受性能的方法，并规定了对典型的试件在这样载荷作用下的性能要求。翻车保护结构（ROPS）有一系列的结构件，它的作用是机器翻车时使系安全带的司机减少被挤伤的可能性。结构件包括:各种辅助支架、支撑、安装件、支座、螺栓、销钉、悬挂或弹性吸振器，这些结构件用来将保护结构系统固定在机器的机架上，结构件不包括与机器机架一体的安装装置。翻车保护结构在侧向、垂直方向和纵向载荷作用下有挠度限制。在侧向载荷作用下，规定了能量要求和挠度限制，以保证ROPS与没有显著变形的地面(冻土、混凝土、岩石)冲撞时发生挠曲，同时保持足够的性能抵御翻车带来的进一步冲击。例如履带式推土机及装载机ROPS的所需侧向、垂直、纵向作用力按表1公式进行计算。实际翻车造成的结构变形不需要进行重复的评价，然而特殊的要求要通过对ROPS的多次验证来得到，即在各种实际翻车中完成所需要的功能，也可以在ROPS及其安装机架的互换基础上进行分析研究。因此，系安全带的司机在下面的情况下，即在硬粘土路面上，最大坡度为30°，初始前进速度0～16km/h，绕机器的纵向轴翻转360°时，可以不被压伤。为了满足ROPS安全方面要求，标准规定了材料的温度和冲击功要求。ROPS用的材料与合格证上所说明的试件材料、规格应当一致，并在－18℃及其以下的温度下进行静态加载时，ROPS对脆性断裂有足够的抵抗力。ROPS和装在机架上的安装件应是钢制品，并应符合表2规定的在－30℃时V形缺口摆锤冲击（CVN）的韧度（V形缺口摆锤试验主要是质量控制的验证，所表示的温度与工作条件没有直接关系)。

2翻车保护结构所用材料分析及选择

翻车保护结构（ROPS）的支架一般为四柱式，通过对推土机的质量、侧向作用力、侧向载荷能量、垂直作用力及纵向作用力进行计算或应用计算机有限元分析，确定支架所用材料的强度、截面尺寸。支架用方钢管或矩形钢管。美国卡特公司用1E680，另国外某公司选用材料及我国选用的Q345D、Q345E的化学成分和拉伸性能见表3、表4，夏比（V型）冲击试验的试验温度和冲击吸收能量见表2。从表中可以看到，其化学成分、屈服强度、拉伸强度的指标与Q345钢材相当，但低温冲击功要求很严，若用Q235级别的材料制作翻车保护结构（ROPS）将会使其重量增加50%，增加材料和制作成本。应用比Q345级别更高的材料，生产无缝钢管要符合翻车保护结构（ROPS）的低温冲击功的要求难度太大，成本很高。鞍钢根据卡特1E680标准研制开发了适合D6、D7型履带式推土机翻车保护结构（ROPS）的支架专用无缝钢管（100×100×10)，其化学成分、拉伸性能和夏比（V型，-30℃）低温冲击功符合标准要求，满足产品性能要求。国外公司对履带式推土机翻车保护结构（ROPS）支架所用无缝钢管型号为：76.2×76.2×6.35、101.6×101.6×6.35、127×127×6.35、127×127×9.532、152.4×152.4×12.7。支架用无缝方钢管可国内解决，采用Q345E级别的钢管再轧制而成，合同中一定要注明确保低温冲击功。重新轧制出的方钢管要进行正火处理、去应力、细化组织，以确保性能。支架的焊接应采用二氧化碳气体保护焊以确保质量，焊丝要具有耐低温冲击功，焊后要进行探伤检验，焊缝内在质量符合表2中的国家标准要求。与支架焊接的底座一般是铸钢件，该底座的化学成分和拉伸强度与支架相当，一定要符合表2低温冲击功要求。

3结束语

设计工程机械翻车保护结构（ROPS）时，选用材料不仅要考虑材料的化学成分、强度，更要符合国家标准要求的夏比（V型，-30℃）低温冲击功。材料选择可借鉴国外公司的标准，使用专用无缝方钢管，从而使设计生产的翻车保护结构（ROPS）符合国家标准的要求，满足用户安全性的需求。