自卸车驾驶室被动安全性试验研究

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摘 要：文章以非公路自卸车和公路自卸车的驾驶室这一被动安全部件/结构为研究对象，研究了国内外标准对其安全性能要求及试验方法，通过对试验中的典型失效形式分析研究，为产品设计改进提供了参考，能够有效促进产品质量提升，降低事故损失。

关键词：自卸车；被动安全；性能要求；试验方法

引言

自卸车作为生产建设中主要的装卸运输设备，按其用途可分为非公路自卸车和公路自卸车两大类：

非公路自卸车也称为矿用自卸车，由于其外廓尺寸以及轴荷等受公路法规的限制，只能在矿山、工地上使用。这类车属于土方机械类，不属于国家《车辆生产企业及产品公告》管理的范围。

公路自卸车主要承担砂石、泥土、煤炭等松散货物运输。某些自卸汽车是针对专门用途设计的，故又称专用自卸汽车，如自装卸垃圾汽车、臂式自装卸汽车等。这类车辆属于汽车产品，在国家《车辆生产企业及产品公告》管理的范围，该类型车辆包含在汽车行业生产企业目录中，可以上路行驶。

不论何种类型的自卸车，由于作业、运输环境较为复杂，容易发生滚翻、碰撞事故，往往司乘人员是事故中的最直接受害者。提高自卸车的被动安全性来保护司乘人员的生命安全是必要的手段。文章旨在对自卸车驾驶室的被动安全性进行研究，通过试验中的典型失效案例进行分析，为产品设计改进提供参考。

1 国内外标准概要

非公路自卸车属于土方机械类（TC127标准组织），其相应的司机保护结构最新国际标准为ISO 3471：2008《土方机械 翻车保护结构 试验室试验和性能要求》和EN ISO 3449：2008《土方机械 落物保护 结构试验室试验和性能要求》，我国则根据ISO标准制订了GB/T 17922-2014《土方机械 翻车保护结构 试验室试验和性能要求》和GB/T 17771-2010《土方机械 落物保护结构 试验室试验和性能要求》。

公路自卸车属于汽车类产品，其相应的驾驶室乘员保护结构最新国际标准为ECE R29-03《关于就商用车辆驾驶室乘员防护方面批准车辆的统一规定》，我国标准GB 26512-2011《商用车驾驶室乘员保护》等同采用ECE R29-02版。

2 自卸车驾驶室被动安全性试验要求

2.1 非公路自卸车驾驶室的被动安全性

对于非公路自卸车被动安全性要求，主要考核对象为落物保护结构（FOPS）和翻车保护结构（ROPS），实际车辆的FOPS和ROPS功能主要由驾驶室承担。

FOPS的性能试验指的是评价保护司机免受局部冲击穿透结构特性的一种方法，同时也是间接评价支撑结构抗冲击载荷承受能力的一种方法。非公路自卸车实际使用工况决定了其的FOPS性能需满足验收基准Ⅱ的冲击保护试验要求，即保护结构能承受一个圆柱试验体从产生11600J能量的高度下落时产生的冲击，其任何部位在试验体最初或回弹冲击下不应穿入挠曲极限量（DLV）[1]。

ROPS的性能试验是通过静态加载模拟实现车辆滚翻中ROPS受侧向、纵向及垂向作用力后能对司乘人员进行有效保护的一种试验方法。各方向加载试验的力和能量有所要求（表1），验收标准为ROPS的任何零件均不应进入DLV[2]。

2.2 公路自卸车的被动安全性

公路自卸车作为商用车产品，其驾驶室乘员保护结构的被动安全性能考核目的在于，根据不同碰撞工况，保证乘员的生存空间不被侵入，进而最大程度降低乘员伤害。我国和欧洲现行标准对驾驶室的正面耐撞击性、顶部强度和后围强度均有具体技术指标要求（表2）。判定标准为，每项试验后驾驶室应存在生存空间；试验中要求驾驶室与车架保持连接，将驾驶室固定于车架上的部件允许变形和损坏；试验中车门不应打开，试验后不要求车门能打开[3]。

表2 商用车驾驶室乘员保护试验技术参数

3 典型试验失效形式及原因分析

3.1 非公路自卸车驾驶室的被动安全性试验失效形式

3.1.1 FOPS失效形式

（1）FOPS结构击穿导致的失效。该种情况是由于FOPS结构材料的抗脆性差导致的失效。所以建议FOPS结构材料应选用塑性和韧性好的镇静钢材料，如硅镇静钢、硅铝镇静钢等。

（2）在实际试验当中，由于驾驶室顶部FOPS结构击穿导致的失效情况较为鲜见，往往最易出现的失效形式为，FOPS在接受验收基准Ⅱ的冲击中，FOPS结构虽未击穿，但冲击后FOPS结构严重扭曲变形，导致驾驶室顶部部件直接侵入DLV。

该失效原因为，用于支撑FOPS盖板的结构件设计不合理，材料单薄。可以通过增大DLV垂直投影上FOPS支撑结构的支撑密度，适当提高材料厚度解决该类问题。另外应在支撑结构上的有效位置开设应力释放孔，来避免局部凹陷情况。

3.1.2 ROPS失效形式

（1）ROPS侧向、纵向承载力不足。根据实车试验总结，有多种情况导致该类失效结果，可归纳为驾驶室与车架连接支撑减震结构设计不合理；加载过程中ROPS结构件（驾驶室立柱、支撑结构）断裂；驾驶室立柱强度不够导致的屈服；减震器拉脱；连接螺栓剪切。

（2）ROPS侧向加载能量吸收不够。驾驶室ROPS侧向加载试验过程中，加载力早已超出最低限值，但能量尚未达到最低限值，且增长趋于停滞，这种情况下FOPS无法通过考核。

综合以上两种失效形式，建议驾驶室减震结构避免采用弹簧式悬置，而液压式减震器的支撑性相对较好；立柱等支撑、吸能构件材料选用塑性和韧性较好的合金钢等镇静钢材料为宜；应力集中的支撑构件上开设应力释放孔以防止局部陷溃；驾驶室、车架的减震器安装孔尺寸不宜过大，且应适当增加垫片厚度；驾驶室、车架连接螺栓采用高强度螺栓。

3.2 公路自卸车驾驶室的被动安全性试验失效形式

3.2.1 正面撞击失效形式

（1）驾驶室与车架脱离。这种失效情况原因有，在正面碰撞过程悬置断裂；减震器螺栓剪切。

（2）驾驶室后围与车厢击挤压侵入生存空间，且碰撞过程中车门开启。

（3）仪表台，方向盘击溃后移，侵入生存空间。

3.2.2 顶部强度失效形式

（1）驾驶室立柱屈服导致的生存空间不足。

（2）车架支撑悬置屈服导致的顶部加载失效。

总结失效原因认为，采用框架式结构设计的驾驶室力学传递路径部件一般都采用高强度钢板，其强度较好，利于留存足够的生存空间，但吸能性较差，可以通过在撞击覆盖面R点投影上下至少400mm区域内增加吸能性结构设计；内部加钢板空腔结构的驾驶室吸能性较好，所以重点应在力传递部件的强度上加以关注，如在驾驶室立柱中加强支撑。

另外合理的驾驶室与车架连接方式非常重要，在设计时既要考虑到具有一定的支撑强度，又要有效吸收一部分的撞击能量，这里我们更倾向于弹簧悬置与液压橡胶悬置结合的方式。此外，车架连接螺栓采用高强度螺栓，避免连接断裂造成驾驶室与车架脱离。

4 结束语

文章对不同类型的自卸驾驶室的被动安全性能要求进行了解析，并列举了实车试验中的一些典型失效案例，通过对失效原因的分析，提出了自己对改进产品设计的一些见解，供相关技术人员参考。最终目的是希望所有自卸车产品的安全性能能够通过考核，促进质量提升，减少事故造成的人员伤害。

参考文献

[1]GB/T 17771-2010.土方机械 落物保护结构 试验室试验和

性能要求[S].2010.

[2]GB/T 17922-2014.土方机械 翻车保护结构 试验室试验和

性能要求[S].2014.

[3]GB 26512-2011.商用车驾驶室乘员保护[S].2011.