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专利号: 2018110076170
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种挖掘机下车架等效力时间历程获取方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一:铰点力时间历程获取,

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量时间历程,进而获得工作姿态;

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的无杆腔和有杆腔的压力时间历程,计算求得动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的油缸力时间历程;

对挖掘机工作装置各构件建立力学平衡方程,代入所述的油缸力时间历程和工作姿态,求解出转台与动臂铰点、转台与动臂油缸铰点的铰点力时间历程;

所述的转台与动臂铰点记为A点,转台与动臂油缸铰点记为O点,所述的工作姿态包括挖掘姿态和卸载姿态,所述的伸缩量时间历程和压力时间历程测定时长相等且同时测定;

步骤二:下车架受力时间历程获取,

在挖掘姿态下,对液压挖掘机下车架与转台整体进行受力分析,通过步骤一中得到的A点和O点的铰点力时间历程,建立力学平衡方程,求解挖掘姿态下,地面对下车架的作用力时间历程;

在卸载姿态下,对液压挖掘机下车架与转台整体进行受力分析,通过步骤一中得到的A点和O点的铰点力时间历程,建立力学平衡方程,求解卸载姿态下,地面对下车架的作用力时间历程;

步骤三:支撑轮受力时间历程获取,

将步骤二中得到的挖掘姿态下,地面对下车架的作用力分解到挖掘机的四个支撑轮处的Rxyz坐标系中,建立力学平衡方程,求解挖掘姿态下,四个支撑轮受到的支撑力时间历程;

将步骤二中得到的卸载姿态下,地面对下车架的作用力分解到挖掘机的四个支撑轮处的Rxyz坐标系中,建立力学平衡方程,求解卸载姿态下,四个支撑轮受到的支撑力时间历程;

所述的四个支撑轮记为M、N、P和Q;

步骤四,支撑轮受力简化至竖直方向,

针对下车架和转台建立有限元模型,根据有限元分析,获得结构上的应力最危险点,基于最危险点的应力值,计算支撑轮M、N、P和Q处的x、y、z方向的应力传递系数kxj、kyj、kzj,其中j=M,N,P,Q;

通过所述的应力传递系数和在挖掘姿态下步骤三中获得的支撑力,根据应力损伤等效原则,计算支撑轮j在z方向的等效力,获得挖掘姿态下支撑轮j处的等效力时间历程;

通过所述的应力传递系数和在卸载姿态下步骤三中获得的支撑力,根据应力损伤等效原则,计算支撑轮j在z方向的等效力,获得卸载姿态下支撑轮j处的等效力时间历程;

步骤五,对应实际工况进行数据修正,

对步骤四中获得的卸载姿态下,支撑轮P和Q的等效力时间历程进行数据交换,得到卸载姿态下支撑轮P和Q的新等效力时间历程;

对步骤四中获得的卸载姿态下,支撑轮M、N的等效力时间历程进行数据交换,得到卸载姿态下支撑轮M、N的新等效力时间历程;

所述的数据交换为将对应的两个支撑轮的等效力时间历程的前一半时间和后一半时间的数据进行交换,所述的对应为支撑轮P对应支撑轮Q,支撑轮M对应支撑轮N;

从步骤四中挖掘姿态下支撑轮j的等效力时间历程中抽取挖掘段数据,从卸载姿态下支撑轮j的新等效力时间历程中抽取非挖掘段的数据进行拼接,从而得到支撑轮j的全工况等效力时间历程,即得到挖掘机下车架等效力时间历程。

2.如权利要求1所述的挖掘机下车架等效力时间历程获取方法,其特征在于,所述的步骤二中,在挖掘姿态下,将地面对下车架的作用力简化为作用于W点的力对转台和下车架整体在xRz平面内建立力学平衡方程,解得挖掘姿态下,地面对下车架的作用力Fx_w和Fz_w;

所述的W点为挖掘姿态下车架受力简化后的作用点,所述的Fx_w为地面对下车架W点的作用力在x方向上的分力,所述的Fz_w为地面对下车架W点的作用力在z方向上的分力;

在卸载姿态下,地面对下车架的作用力简化为作用于V点的力,对转台和下车架整体在yRz平面内建立力学平衡方程,解得卸载姿态下,地面对下车架的作用力Fy_u和Fz_u;

所述的V点为卸载姿态下车架受力简化后的作用点,所述的Fy_u为地面对下车架V点的作用力在y方向上的分力,Fz_u为地面对下车架V点的作用力在z方向上的分力。

3.如权利要求2所述的挖掘机下车架等效力时间历程获取方法,其特征在于,所述的步骤三中,在挖掘姿态下,建立力学平衡方程,将所述的地面对下车架的作用力Fx_w,Fz_w分解为四个支撑轮所受的支撑力Fxj-挖、Fzj-挖;

在卸载姿态下,建立力学平衡方程,将所述的地面对下车架的作用力Fy_u,Fz_u分解为四个支撑轮所受的支撑力Fyj-卸、Fzj-卸;

所述的Fxj-挖为挖掘姿态下支撑轮j所受支撑力在x方向上的分力,所述的Fzj-挖为挖掘姿态下支撑轮j所受支撑力在z方向上的分力,所述的Fyj-卸为卸载姿态下支撑轮j所受支撑力在y方向上的分力,所述的Fzj-卸为卸载姿态下支撑轮j所受支撑力在z方向上的分力。

4.如权利要求3所述的挖掘机下车架等效力时间历程获取方法,其特征在于,所述的步骤四中的有限元分析为,建立下车架与回转支承有限元模型,约束回转支承上端,在下车架四个支撑轮处施加x、y、z三个方向的5级载荷,采用有限元分析软件求解并记录下车架最危险点S的等效应力,通过拟合得到第j处支撑轮x、y、z三个方向的载荷与最危险点S应力的传递系数kxj、kyj、kzj;

采用所述的kxj、kzj和在挖掘姿态下步骤三中获得的支撑力,根据应力损伤等效,通过下式计算支撑轮j在z方向的等效力:获得挖掘姿态下,支撑轮j处的等效力时间历程;

采用所述的kyj、kzj和在卸载姿态下步骤三中获得的支撑力,根据应力损伤等效,通过下式计算支撑轮j在z方向的等效力,:获得卸载姿态下,支撑轮j处的等效力时间历程。

5.一种挖掘机下车架疲劳试验谱的整理方法,该方法包括以下步骤:a)获取全姿态下,挖掘机下车架等效力时间历程,将等效力时间历程编制成下车架处的八级程序谱;

b)对下车架四个支撑轮的八级程序谱进行修正得到下车架最终疲劳试验谱;

其特征在于,所述的a)中,获取挖掘机下车架等效力时间历程的方法采用如权利要求1~4任一权利要求所述的挖掘机下车架等效力时间历程获取方法;

所述的b)中,对下车架八级程序谱依次进行的修正包括依次进行的频次修正、损伤等效修正和损伤一致性修正。

6.如权利要求5所述的挖掘机下车架疲劳试验谱的整理方法,其特征在于,所述的频次修正为,通过下式对下车架八级程序谱进行修正,将八级程序谱修正为相等等效工作时间的八级程序谱甲:C'i=βCi (i=1,2....8)

式中,Ci为下车架八级程序谱每级幅值所对应的频次;C'i为八级程序谱甲每级幅值所对应的频次;β为频次修正系数, T为每级程序谱代表的工作时间;h为规定的相等等效工作时间。

7.如权利要求6所述的挖掘机下车架疲劳试验谱的整理方法,其特征在于,所述的损伤等效修正为,将八级程序谱甲按照下式等效转化为恒幅谱乙(Fj_eq,nj),nj=∑nj_i

所述的Fj_eq为等效后支撑轮j处的恒幅谱乙的幅值,所述的m为疲劳寿命曲线材料常数,所述的nj_i为支撑轮j八级程序谱甲中第i级幅值对应的频次,所述的Fj_i为支撑轮j的八级程序谱甲中第i级幅值,所述的nj为Fj_eq对应的频次;

按下式将恒幅谱乙修正为频次相等的恒幅谱丙(F'j,ns):所述的F′j为支撑轮j的恒幅谱丙的幅值,ns为指定的四个支撑轮处恒幅谱丙的共同频次。

8.如权利要求7所述的挖掘机下车架疲劳试验谱的整理方法,其特征在于,所述的损伤一致性修正为,建立下车架与转台整体有限元模型,约束下车架与地面的接触面,在转台O点和A点施加实测数据计算的铰点力时间历程,通过应力云图确定下车架q个危险点位置;

建立下车架与回转支承有限元模型,约束回转支承上端,在下车架四个支撑轮处施加竖直方向载荷,每次求解后记录下车架q个危险点的等效应力,通过拟合得到第j处支撑轮产生的载荷与下车架第q个危险点应力的传递系数kjq,其中j=M,N,P,Q,q=1,2,…q;

建立损伤一致性修正优化模型如下:

目标函数:

约束条件:Dzq≥Dcq

所述的Dzq为恒幅谱丁在第q个危险点造成的损伤,所述的Dcq为实测O点和A点载荷在第q个危险点造成的损伤,所述的α为幅值修正系数,所述的m、C为疲劳寿命S-N曲线常数;

求解优化模型,即可得到修正系数α,采用修正系数α采用下式对恒幅谱丙的幅值进行修正求得最终疲劳试验谱为(F″j,ns),F″j=αF′j

所述的F″j为支撑轮j的最终疲劳试验谱的幅值。