[发明专利]一种液压挖掘机工作装置的荷载谱测试方法

说明书

技术领域

本发明属于挖掘技术领域，更具体地，涉及一种液压挖掘机工作装置的荷载谱测试方法。

背景技术

挖掘机是利用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。目前常规的液压挖掘机的结构主要包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动机构、行走机构以及其他辅助设备等。如图1中所示，工作装置作为直接执行挖掘任务的关键结构，它由动臂2、斗杆10和铲斗5三部分相互铰接而成，并通过各自配备的往复式双作用液压缸实现各种动作的操控：其中动臂2在动臂液压缸4的驱动下执行起落动作，斗杆10在斗杆液压缸1的驱动下执行伸缩动作，而铲斗液压缸10将驱动力传递给共同铰接在其一端的连杆7和摇杆8，进而使得安装有斗齿的铲斗5执行转动，以便挖掘物料。

考虑到液压挖掘机的工作载荷复杂多变，工作装置作为主要的受力部件，在随机荷载长期作用下容易产生疲劳损伤，因此有必要需要对其执行荷载谱测试，并作为结构疲劳寿命分析和估计的基础。所谓荷载谱，是设备的整机结构或零部件所承受的典型荷载时间历程，经数理统计处理后所得到的表示荷载大小与出现频次之间关系的图形、表格、矩阵和其他概率特征值的统称。目前挖掘机的荷载谱测试方法通常是对工作装置危险部位或主要受力部位进行测量，由此得到应力谱。例如，CN100582725C中提出了一种液压挖掘机工作装置疲劳试验方法，其中通过各个检测位置贴上传感应力片，并给铲斗交错施加横向回转扭矩负载和纵向挖掘力负载，由此可实现对整个工作装置应变状况的监测分析。然而，该方法的操作过程复杂、实施周期长；而且当对挖掘机工作装置进行结构优化设计后，工作装置的结构形状等发生变化，此应力谱就无法应用于受力分析。此外，滕毅敏在“挖掘机工作装置的载荷谱测试研究”（浙江大学硕士论文，全国硕博士论文数据库）中提出了通过测量工作装置各油缸的应变-时间响应数据来拟定载荷谱的思路，然而并未提供具体的铲斗斗齿受力公式和详细完整的测试方法，因此在实践操作中存在适应性不强、难以操作的问题。相应地，在相关领域中亟需开发更为完善可靠的荷载谱测试方法，以适用液压挖掘机的结构疲劳寿命分析及结果设计优化等用途。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种液压挖掘机工作装置的荷载谱测试方法，其中通过对液压挖掘机工作装置的典型工况及其受力状态进行分析，能够以简单快捷、便于操控的方式实现挖掘机铲斗斗齿的荷载谱测试过程，所测得的荷载谱不仅可应用于工作装置的寿命评估，而且还可为其结构优化设计提供有效依据。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种液压挖掘机工作装置的荷载谱测试方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）在液压挖掘机工作装置的动臂液压缸和铲斗液压缸各自的活塞杆上分别设置应变片；

（b）将工作装置的动臂液压缸和斗杆液压缸闭锁，仅铲斗液压缸的活塞杆伸缩，以此方式推动铲斗执行挖掘运动，然后在该工况下分别测得动臂液压缸活塞杆和铲斗液压缸活塞杆各自沿其杆长方向的应变-时间响应数据σ_b(t)、σ_d(t)；

（c）利用步骤（b）所测得的应变-时间响应数据σ_b(t)、σ_d(t)，相应获得挖掘机斗齿在上述工况下所受挖掘阻力的受力响应谱，并将其作为整个液压挖掘机工作装置的荷载谱，由此完成整体测试过程。

作为进一步优选地，在步骤（a）中，所述应变片分别粘贴在动臂液压缸和铲斗液压缸各自的活塞杆邻近其支座铰接点位置。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，通过动静态应变仪来测得动臂液压缸活塞杆和铲斗液压缸活塞杆各自沿其杆长方向的应变-时间响应数据。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，挖掘运动的样本长度被设定为挖掘500斗至1000斗。

作为进一步优选地，在步骤（c）中，结合以下表达式，计算得出挖掘机斗齿在上述工况下所受挖掘阻力的切向分力和法向分力的受力响应谱，并将其作为整个工作装置的荷载谱：