一種用于工程機械駕駛室的底板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于工程機械駕駛室的底板，該底板包括均由鋼板制成的上層平板、下層預應力加強板和定位板，上層平板焊接在下層預應力加強板的頂面，定位板焊接在下層預應力加強板的底面；通過沖壓工藝，在下層預應力加強板表面形成加強肋，以及在下層預應力加強板內(nèi)部形成結構預應力。該底板可解決目前傳統(tǒng)工程機械駕駛室平面底板振動和聲輻射貢獻突出，抗彎、抗扭能力不足的問題。
【專利說明】—種用于工程機械駕駛室的底板
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種駕駛室的底板，具體來說，涉及一種用于工程機械駕駛室的底板。
【背景技術】
[0002]隨著工程機械行業(yè)的迅速發(fā)展，以及勞動者的職業(yè)健康系統(tǒng)的建立和完善，對工程機械振動、噪聲的控制要求變得越來越嚴格。工程機械駕駛室振動、噪聲特性對駕駛室人員的身心健康及工作效率有很大影響。因此，駕駛室振動、噪聲控制已成為工程機械研究領域的一個重要方面。
[0003]工程機械在工作過程中，常因路面、液壓系統(tǒng)、發(fā)動機和傳動系的不平衡等一些外部激勵，引起駕駛室內(nèi)振動與噪聲，其中駕駛室底板作為承載駕駛室內(nèi)的各種操縱控制器件及座椅和駕駛員的平臺，對駕駛室內(nèi)振動和噪聲貢獻尤為突出，是影響駕駛員舒適性的主要因素。
[0004]傳統(tǒng)工程機械駕駛室平面底板結構普遍存在振動幅度較大，聲輻射貢獻突出，抗彎、抗扭能力不足等問題。雖然這些問題可以通過增加附加支撐、粘貼阻尼層來解決，但這樣增加了駕駛室自身結構質(zhì)量，違背車身輕量化設計準則，易造成能源、資源的大量浪費，污染環(huán)境。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]技術問題:本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種用于工程機械駕駛室的底板，以解決目前傳統(tǒng)工程機械駕駛室平面底板振動和聲輻射貢獻突出，抗彎、抗扭能力不足的問題。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:
一種用于工程機械駕駛室的底板，該底板包括均由鋼板制成的上層平板、下層預應力加強板和定位板，上層平板焊接在下層預應力加強板的頂面，定位板焊接在下層預應力加強板的底面；通過沖壓工藝，在下層預應力加強板表面形成加強肋，以及在下層預應力加強板內(nèi)部形成結構預應力。
[0007]進一步，所述的加強肋包括縱橫交錯的橫向加強肋和縱向加強肋。
[0008]進一步，所述的下層預應力加強板的加強肋的起肋角為60° -75。。
[0009]進一步，所述的下層預應力加強板中，橫向加強肋的起肋角和縱向加強肋的起肋角相等。
[0010]進一步，所述的下層預應力加強板的加強肋的最小肋寬為20-30mm。
[0011]進一步,所述的下層預應力加強板的加強肋的起肋高度為10-20_。
[0012]進一步，所述的下層預應力加強板的加強肋的起肋間隔為30-50_。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
1.相對于現(xiàn)有的工程機械駕駛室平面底板結構，本發(fā)明的底板具有預應力剛性減振結構。本發(fā)明的底板包括上層平板、下層預應力加強板和定位板，通過沖壓工藝，在下層預應力加強板表面形成加強肋，以及在下層預應力加強板內(nèi)部形成結構預應力。在不使用阻尼減振涂層的情況下，本發(fā)明的底板能有效降低駕駛室底板的振動和聲輻射。因為采用這種具有減振降噪功能的底板結構駕駛室底板可以不使用阻尼涂層，所以提高了工程機械駕駛室的制造生產(chǎn)效率，降低了駕駛室的制造成本。
[0014]2.本發(fā)明的下層預應力加強板上設置的橫向加強肋和縱向加強肋，可以提高底板的強度和剛度，顯著增強底板結構抗彎、抗扭能力，延長底板使用壽命。
[0015]3.本發(fā)明的底板符合輕量化設計準則，在不增加任何質(zhì)量的情況下，有效降低了駕駛室底板的振動及聲輻射，具有較高的效益比，經(jīng)濟性好，綠色環(huán)保。
4.本發(fā)明的底板適用于各型工程機械駕駛室，具有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的俯視結構示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的仰視結構示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明中的上層平板的結構示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明中的下層預應力加強板的結構示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明中加強肋的局部截面示意圖。
[0021]圖6是本發(fā)明試驗中提供的本發(fā)明的底板的有限元模型結構示意圖。
[0022]圖7是本發(fā)明試驗中提供的現(xiàn)有的平面底板的有限元模型結構示意圖。
[0023]圖8是本發(fā)明試驗中，單位簡諧激勵作用在本發(fā)明的底板上的位置示意圖。
[0024]圖9是本發(fā)明試驗中，單位簡諧激勵作用在現(xiàn)有的平面底板上的位置示意圖。
[0025]圖10是本發(fā)明試驗中，振動參考點在底板上的位置示意圖。
[0026]圖11是本發(fā)明試驗中，振動參考點處的振動位移響應曲線圖。
[0027]圖12是本發(fā)明試驗中，聲振耦合分析中場點的位置示意圖。
[0028]圖13是本發(fā)明試驗中，場點處測得的聲壓級曲線圖。
[0029]圖14是本發(fā)明試驗中，本發(fā)明的底板的靜態(tài)位移云圖。
[0030]圖15是本發(fā)明試驗中，現(xiàn)有的平面底板的靜態(tài)位移云圖。
[0031]圖16是本發(fā)明試驗中，本發(fā)明的底板的靜態(tài)應力云圖。
[0032]圖17是本發(fā)明試驗中，現(xiàn)有的平面底板的靜態(tài)應力云圖。
[0033]圖中有:上層平板1、下層預應力加強板2、定位板3、橫向加強肋4、縱向加強肋5。
[0034]
【具體實施方式】
下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明。
[0035]如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種用于工程機械駕駛室的底板，包括均由鋼板制成的上層平板1、下層預應力加強板2和定位板3。上層平板I焊接在下層預應力加強板2的頂面，定位板3焊接在下層預應力加強板2的底面。通過沖壓工藝，在下層預應力加強板2表面形成加強肋，以及在下層預應力加強板2內(nèi)部形成結構預應力。加強肋包括縱橫交錯的橫向加強肋4和縱向加強肋5。
[0036]上述結構的用于工程機械駕駛室的底板，上層平板1、下層預應力加強板2和定位板3通過焊接連接，且其上具有座椅、車架、腳踏板，隔振器等部件的安裝定位孔。如圖4所示，下層預應力加強板2通過沖壓工藝，施加初始預應力，其上有若干橫向加強肋4和縱向加強肋5，同時其上具有座椅、車架、腳踏板，隔振器等部件的安裝定位孔。
[0037]上述結構的底板，采用預應力剛性減振結構，在質(zhì)量最優(yōu)的情況下，可有效降低駕駛室底板振動和聲輻射。同時，通過采用橫向加強肋和縱向加強肋結構，可有效提高駕駛室底板抗彎、抗扭能力。
[0038]作為優(yōu)選方案，所述的下層預應力加強板2中，橫向加強肋4的起肋角和縱向加強肋5的起肋角相等。在滿足各項性能要求的條件下，起肋角相等適合沖壓一體化成型，有助于提高底板批量生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)成本。
[0039]本發(fā)明通過采用具有剛性減振功能的下層預應力加強板2，可以有效減小駕駛底板振動和聲輻射。同時，利用形貌優(yōu)化理論，以駕駛室底板在一階模態(tài)頻率時振動的位移小于原位移的60%為約束條件，以一階模態(tài)頻率最大為優(yōu)化目標，優(yōu)化得下層預應力加強板2的加強肋的截面為梯形狀。為保證加強肋具有較好的抗振、抗扭、抗彎能力，沖壓加強肋時，加強肋的起肋角a為60° -75。，加強肋的最小肋寬b為20-30mm，加強肋的起肋高度c為10-20mm ;加強肋的起肋間隔d為30_50mm。該結構的加強肋可以顯著增強駕駛室底板結構抗彎、抗扭能力。
[0040]本發(fā)明在遵守輕量化設計準則，不增加任何附加質(zhì)量的條件下，利用形貌優(yōu)化理論，在有限元結構分析與優(yōu)化軟件Optistruct中，以底板在一階模態(tài)頻率時振動的位移小于原位移的60%為約束條件，以一階模態(tài)頻率最大為優(yōu)化目標，對現(xiàn)有的平面底板進行形貌優(yōu)化得到。
[0041]下面通過試驗對本發(fā)明結構的底板進行性能分析。下述所有試驗中，首先建立駕駛室強化底板(即采用本發(fā)明結構的底板)和現(xiàn)有的平面底板的有限元模型，如圖6和圖7所示。其中，現(xiàn)有的平面底板厚度為8mm ;本發(fā)明的底板的上層平板I厚度為2mm，下層預應力加強板2厚度為6mm，加強肋的起肋角取為60°，最小肋寬取為20mm，起肋高度取為1mm,起肋間隔取為30mm。
[0042]對本發(fā)明的駕駛室強化底板的抗振能力進行分析:對以上兩種駕駛室底板的左下側(cè)安裝點處施加單位簡諧激勵，如圖8和圖9所示。在駕駛員腳踏板處，取相同位置的一點作為振動參考評價點，如圖10所示。利用大型通用有限元分析軟件ANSYS，對上述兩種駕駛室底板結構進行模態(tài)分析和諧響應分析。分析結果如表I和圖11所示。
[0043]表I 兩種底板結構前5階模態(tài)頻率_
I現(xiàn)有的平面底板I本發(fā)明的底板—
模態(tài)階次模態(tài)頻率(Hz) 模態(tài)頻率(Hz)
120.157_ 34.223
220.400_ 47.284
345.735.92.948
455.323.99.446
5丨71.637|ll9.58
由表I可知，本發(fā)明的底板模態(tài)頻率比現(xiàn)有的平面底板明顯提高。圖11中，現(xiàn)有的平面底板的響應位移最高可達0.0005m，而本發(fā)明的底板響應位移最高可達0.00012m。由此，本發(fā)明的底板的振動響應明顯小于現(xiàn)有的平面底板。
[0044]對本發(fā)明的駕駛室強化底板的聲輻射進行分析:利用聲學計算軟件Virtual.LabAcoustics,對兩種底板在左下側(cè)安裝點處施加單位簡諧激勵,分別進行聲振稱合分析。其中，選定距離底板高度為Im處的A點為場點，用來測試駕駛室員坐在座椅上時右耳接收到的噪聲，如圖12所示。測試結果如圖13所示。從圖13中可以看出，在大部分頻率區(qū)間內(nèi)，本發(fā)明的底板對駕駛員右耳處的輻射聲壓級曲線都在現(xiàn)有的平面底板的輻射聲壓級曲線的下方，且本發(fā)明的底板在2(Γ200Ηζ之間的輻射總聲壓級為81.8dB，而現(xiàn)有的平面底板在2(Γ200Ηζ的輻射總聲壓級為88.6dB。因此，本發(fā)明的底板可有效降低對駕駛室內(nèi)的聲輻射。
[0045]對本發(fā)明的駕駛室強化底板的強度和剛度進行分析:利用ANSYS軟件，對本發(fā)明的底板和現(xiàn)有的平面底板分別進行靜力學分析，其中在一端施加全約束，在另一端施加500N的均布載荷。測試結果如圖14至圖17所示。從圖14和圖15可以看出，在相同約束和載荷條件下，本發(fā)明的底板的最大位移為0.010502m ;現(xiàn)有的平面底板的最大位移為
0.036059m。因此，本發(fā)明的底板的剛度明顯大于現(xiàn)有的平面底板。從圖16和圖17可以看出，在相同約束和載荷條件下，本發(fā)明的底板中的最大應力為39.1MPa ;現(xiàn)有的平面底板中的最大應力為79.7MPa。因此，本發(fā)明的底板的強度明顯高于現(xiàn)有的平面底板。綜上所述，本發(fā)明的底板具有較高的強度和剛度，顯著增強了底板的抗彎和抗扭能力。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種用于工程機械駕駛室的底板，其特征在于:該底板包括均由鋼板制成的上層平板(I)、下層預應力加強板(2)和定位板(3)，上層平板(I)焊接在下層預應力加強板(2)的頂面，定位板(3)焊接在下層預應力加強板(2)的底面； 通過沖壓工藝，在下層預應力加強板(2)表面形成加強肋，以及在下層預應力加強板(2)內(nèi)部形成結構預應力。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于工程機械駕駛室的底板，其特征在于:所述的加強肋包括縱橫交錯的橫向加強肋(4)和縱向加強肋(5 )。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于工程機械駕駛室的底板，其特征在于:所述的下層預應力加強板(2)的加強肋的起肋角為60° -75。。
4.根據(jù)權利要求2所述的用于工程機械駕駛室的底板，其特征在于:所述的下層預應力加強板(2)中，橫向加強肋(4)的起肋角和縱向加強肋(5)的起肋角相等。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于工程機械駕駛室的底板，其特征在于:所述的下層預應力加強板(2)的加強肋的最小肋寬為20-30mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于工程機械駕駛室的底板，其特征在于:所述的下層預應力加強板(2)的加強肋的起肋高度為10-20mm。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于工程機械駕駛室的底板，其特征在于:所述的下層預應力加強板(2)的加強肋的起肋間隔為30-50mm。
【文檔編號】B66C13/54GK104149862SQ201410432976
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權日:2014年8月27日
【發(fā)明者】張建潤, 陸冬, 孫蓓蓓, 盧熹 申請人:東南大學