矿用特种车辆驾驶室动态响应特性及结构优化研究

摘要

针对矿用特种车辆驾驶室在煤矿井下高振动、强冲击、多粉尘的极端工况下面临严峻的动态性能挑战，对某型铰接式矿用运输车驾驶室进行了动态响应特性分析与多目标优化研究。基于实测路谱与多体动力学理论，构建驾驶室-悬架-车架耦合系统动力学模型，通过Lagrange方程建立多体动力学方程，结合八通道数据采集系统获取30组典型工况载荷谱，模型精度经六自由度振动台验证，悬架阻尼系数与螺栓预紧力敏感性贡献度达73%。该研究通过轮胎系统改进与驾驶室结构重构，使一阶固有频率提升至67.28 Hz，与激励频带分离度达12.5%。优化后实验验证表明：座椅导轨垂直加速度峰值降幅73%，方向盘振动均方根（RMS）值降低70.8%，底板焊缝应变降低68%，疲劳寿命延长至原设计的3.2倍。矿山现场测试表明，驾驶员舒适性评分提升78.3%，振动相关故障率下降42%，年维护成本减少15%～20%。形成了动态性能驱动设计方法体系，为矿用车辆智能化升级提供了高可靠性结构设计范式，显著提升了井下作业安全性与装备人机工效水平。

关键词

矿用特种车辆 / 动态响应 / 结构优化 / 多目标协同设计 / 人机工程性能

基金资助

中国煤炭科工集团重点项目（2024-TD-ZD008-02）