CN104149862B - 一种用于工程机械驾驶室的底板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于工程机械驾驶室的底板，该底板包括均由钢板制成的上层平板、下层预应力加强板和定位板，上层平板焊接在下层预应力加强板的顶面，定位板焊接在下层预应力加强板的底面；通过冲压工艺，在下层预应力加强板表面形成加强肋，以及在下层预应力加强板内部形成结构预应力。该底板可解决目前传统工程机械驾驶室平面底板振动和声辐射贡献突出，抗弯、抗扭能力不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种驾驶室的底板，具体来说，涉及一种用于工程机械驾驶室的底板。
背景技术
随着工程机械行业的迅速发展，以及劳动者的职业健康系统的建立和完善，对工程机械振动、噪声的控制要求变得越来越严格。工程机械驾驶室振动、噪声特性对驾驶室人员的身心健康及工作效率有很大影响。因此，驾驶室振动、噪声控制已成为工程机械研究领域的一个重要方面。
工程机械在工作过程中, 常因路面、液压系统、发动机和传动系的不平衡等一些外部激励，引起驾驶室内振动与噪声，其中驾驶室底板作为承载驾驶室内的各种操纵控制器件及座椅和驾驶员的平台，对驾驶室内振动和噪声贡献尤为突出，是影响驾驶员舒适性的主要因素。
传统工程机械驾驶室平面底板结构普遍存在振动幅度较大，声辐射贡献突出，抗弯、抗扭能力不足等问题。虽然这些问题可以通过增加附加支撑、粘贴阻尼层来解决，但这样增加了驾驶室自身结构质量，违背车身轻量化设计准则，易造成能源、资源的大量浪费，污染环境。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于工程机械驾驶室的底板，以解决目前传统工程机械驾驶室平面底板振动和声辐射贡献突出，抗弯、抗扭能力不足的问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用于工程机械驾驶室的底板，该底板包括均由钢板制成的上层平板、下层预应力加强板和定位板，上层平板焊接在下层预应力加强板的顶面，定位板焊接在下层预应力加强板的底面；通过冲压工艺，在下层预应力加强板表面形成加强肋，以及在下层预应力加强板内部形成结构预应力。
进一步，所述的加强肋包括纵横交错的横向加强肋和纵向加强肋。
进一步，所述的下层预应力加强板的加强肋的起肋角为60°-75°。
进一步，所述的下层预应力加强板中，横向加强肋的起肋角和纵向加强肋的起肋角相等。
进一步，所述的下层预应力加强板的加强肋的最小肋宽为20-30mm。
进一步，所述的下层预应力加强板的加强肋的起肋高度为10-20mm。
进一步，所述的下层预应力加强板的加强肋的起肋间隔为30-50mm。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
1. 相对于现有的工程机械驾驶室平面底板结构，本发明的底板具有预应力刚性减振结构。本发明的底板包括上层平板、下层预应力加强板和定位板，通过冲压工艺，在下层预应力加强板表面形成加强肋，以及在下层预应力加强板内部形成结构预应力。在不使用阻尼减振涂层的情况下，本发明的底板能有效降低驾驶室底板的振动和声辐射。因为采用这种具有减振降噪功能的底板结构驾驶室底板可以不使用阻尼涂层，所以提高了工程机械驾驶室的制造生产效率，降低了驾驶室的制造成本。
2. 本发明的下层预应力加强板上设置的横向加强肋和纵向加强肋，可以提高底板的强度和刚度，显著增强底板结构抗弯、抗扭能力，延长底板使用寿命。
3. 本发明的底板符合轻量化设计准则，在不增加任何质量的情况下，有效降低了驾驶室底板的振动及声辐射，具有较高的效益比，经济性好，绿色环保。
4.本发明的底板适用于各型工程机械驾驶室，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的俯视结构示意图。
图2是本发明的仰视结构示意图。
图3是本发明中的上层平板的结构示意图。
图4是本发明中的下层预应力加强板的结构示意图。
图5是本发明中加强肋的局部截面示意图。
图6是本发明试验中提供的本发明的底板的有限元模型结构示意图。
图7是本发明试验中提供的现有的平面底板的有限元模型结构示意图。
图8是本发明试验中，单位简谐激励作用在本发明的底板上的位置示意图。
图9是本发明试验中，单位简谐激励作用在现有的平面底板上的位置示意图。
图10是本发明试验中，振动参考点在底板上的位置示意图。
图11是本发明试验中，振动参考点处的振动位移响应曲线图。
图12是本发明试验中，声振耦合分析中场点的位置示意图。
图13是本发明试验中，场点处测得的声压级曲线图。
图14是本发明试验中，本发明的底板的静态位移云图。
图15是本发明试验中，现有的平面底板的静态位移云图。
图16是本发明试验中，本发明的底板的静态应力云图。
图17是本发明试验中，现有的平面底板的静态应力云图。
图中有：上层平板1、下层预应力加强板2、定位板3、横向加强肋4、纵向加强肋5。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1至图5所示，本发明的一种用于工程机械驾驶室的底板，包括均由钢板制成的上层平板1、下层预应力加强板2和定位板3。上层平板1焊接在下层预应力加强板2的顶面，定位板3焊接在下层预应力加强板2的底面。通过冲压工艺，在下层预应力加强板2表面形成加强肋，以及在下层预应力加强板2内部形成结构预应力。加强肋包括纵横交错的横向加强肋4和纵向加强肋5。
上述结构的用于工程机械驾驶室的底板，上层平板1、下层预应力加强板2和定位板3通过焊接连接，且其上具有座椅、车架、脚踏板，隔振器等部件的安装定位孔。如图4所示，下层预应力加强板2通过冲压工艺，施加初始预应力，其上有若干横向加强肋4和纵向加强肋5，同时其上具有座椅、车架、脚踏板，隔振器等部件的安装定位孔。
上述结构的底板，采用预应力刚性减振结构，在质量最优的情况下，可有效降低驾驶室底板振动和声辐射。同时，通过采用横向加强肋和纵向加强肋结构，可有效提高驾驶室底板抗弯、抗扭能力。
作为优选方案，所述的下层预应力加强板2中，横向加强肋4的起肋角和纵向加强肋5的起肋角相等。在满足各项性能要求的条件下，起肋角相等适合冲压一体化成型，有助于提高底板批量生产能力，降低生产成本。
本发明通过采用具有刚性减振功能的下层预应力加强板2，可以有效减小驾驶底板振动和声辐射。同时，利用形貌优化理论，以驾驶室底板在一阶模态频率时振动的位移小于原位移的60%为约束条件，以一阶模态频率最大为优化目标，优化得下层预应力加强板2的加强肋的截面为梯形状。为保证加强肋具有较好的抗振、抗扭、抗弯能力，冲压加强肋时，加强肋的起肋角a为60°-75°，加强肋的最小肋宽b为20-30mm，加强肋的起肋高度c为10-20mm；加强肋的起肋间隔d为30-50mm。该结构的加强肋可以显著增强驾驶室底板结构抗弯、抗扭能力。
本发明在遵守轻量化设计准则，不增加任何附加质量的条件下，利用形貌优化理论，在有限元结构分析与优化软件Optistruct中，以底板在一阶模态频率时振动的位移小于原位移的60%为约束条件，以一阶模态频率最大为优化目标，对现有的平面底板进行形貌优化得到。
下面通过试验对本发明结构的底板进行性能分析。下述所有试验中，首先建立驾驶室强化底板（即采用本发明结构的底板）和现有的平面底板的有限元模型，如图6和图7所示。其中，现有的平面底板厚度为8mm；本发明的底板的上层平板1厚度为2mm，下层预应力加强板2厚度为6mm，加强肋的起肋角取为60°，最小肋宽取为20mm，起肋高度取为10mm，起肋间隔取为30mm。
对本发明的驾驶室强化底板的抗振能力进行分析：对以上两种驾驶室底板的左下侧安装点处施加单位简谐激励，如图8和图9所示。在驾驶员脚踏板处，取相同位置的一点作为振动参考评价点，如图10所示。利用大型通用有限元分析软件ANSYS，对上述两种驾驶室底板结构进行模态分析和谐响应分析。分析结果如表1和图11所示。
表1 两种底板结构前5阶模态频率
| 现有的平面底板 | 本发明的底板 | |
| 模态阶次 | 模态频率（Hz） | 模态频率（Hz） |
| 1 | 20.157 | 34.223 |
| 2 | 20.400 | 47.284 |
| 3 | 45.735 | 92.948 |
| 4 | 55.323 | 99.446 |
| 5 | 71.637 | 119.58 |
由表1可知，本发明的底板模态频率比现有的平面底板明显提高。图11中，现有的平面底板的响应位移最高可达0.0005m，而本发明的底板响应位移最高可达0.00012m。由此，本发明的底板的振动响应明显小于现有的平面底板。
对本发明的驾驶室强化底板的声辐射进行分析：利用声学计算软件Virtual.LabAcoustics，对两种底板在左下侧安装点处施加单位简谐激励，分别进行声振耦合分析。其中，选定距离底板高度为1m处的 A点为场点，用来测试驾驶室员坐在座椅上时右耳接收到的噪声，如图12所示。测试结果如图13所示。从图13中可以看出，在大部分频率区间内，本发明的底板对驾驶员右耳处的辐射声压级曲线都在现有的平面底板的辐射声压级曲线的下方，且本发明的底板在20~200Hz之间的辐射总声压级为81.8dB，而现有的平面底板在20~200Hz的辐射总声压级为88.6dB。因此，本发明的底板可有效降低对驾驶室内的声辐射。
对本发明的驾驶室强化底板的强度和刚度进行分析：利用ANSYS软件，对本发明的底板和现有的平面底板分别进行静力学分析，其中在一端施加全约束，在另一端施加500N的均布载荷。测试结果如图14至图17所示。从图14和图15可以看出，在相同约束和载荷条件下，本发明的底板的最大位移为0.010502m；现有的平面底板的最大位移为0.036059m。因此，本发明的底板的刚度明显大于现有的平面底板。从图16和图17可以看出，在相同约束和载荷条件下，本发明的底板中的最大应力为39.1MPa；现有的平面底板中的最大应力为79.7MPa。因此，本发明的底板的强度明显高于现有的平面底板。综上所述，本发明的底板具有较高的强度和刚度，显著增强了底板的抗弯和抗扭能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (1)
1.一种用于工程机械驾驶室的底板，其特征在于：该底板包括均由钢板制成的上层平板（1）、下层预应力加强板（2）和定位板（3），上层平板（1）焊接在下层预应力加强板（2）的顶面，定位板（3）焊接在下层预应力加强板（2）的底面；通过冲压工艺，在下层预应力加强板（2）表面形成加强肋，以及在下层预应力加强板（2）内部形成结构预应力；
所述的加强肋包括纵横交错的横向加强肋（4）和纵向加强肋（5）；
所述的下层预应力加强板（2）的加强肋的起肋角为60°-75°；
所述的下层预应力加强板（2）中，横向加强肋（4）的起肋角和纵向加强肋（5）的起肋角相等；
所述的下层预应力加强板（2）的加强肋的最小肋宽为20-30mm；
所述的下层预应力加强板（2）的加强肋的起肋高度为10-20mm；
所述的下层预应力加强板（2）的加强肋的起肋间隔为30-50mm。
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