[发明专利]挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理

摘要

本发明提供一种挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法，通过获取斗尖合力时间历程，确定挖掘机试验姿态，求取疲劳试验最优加载角度，最终获取挖掘机工作装置的等效力时间历程，本发明还提供了一种挖掘机工作装置疲劳试验谱整理方法，该方法采用上述等效力获取方法。本发明的挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法对挖掘机工作装置进行疲劳试验，避免姿态误差，提高试验精度；通过损伤一致性修正保证疲劳试验谱的准确可靠；使液压挖掘机工作装置台架疲劳试验简单可行；本发明可以扩展至相似工作装置的设备，适用范围广阔。

主权项

1.一种挖掘机工作装置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：斗尖合力时间历程获取，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；对挖掘机工作装置进行有限元分析，求解应力危险点，统计挖掘机工作装置实际工作中的易损坏点，在所述的应力危险点和已损坏点实测动臂、斗杆、铲斗在挖掘机工作过程中的应力时间历程；对挖掘机动臂、斗杆、铲斗构建挖掘平面内的xoy坐标系，建立力学平衡方程，代入所述的工作姿态和油缸力时间历程，求解出斗尖力在挖掘平面内的斗尖合力时间历程；所述的挖掘机工作装置包括动臂、斗杆、铲斗，所述的xoy坐标系中，o为挖掘机下车架几何中心即坐标原点，x轴指向铲斗方向，y轴竖直向上，所述的工作姿态包括挖掘姿态与卸载姿态，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：确定挖掘机试验姿态，抽取步骤一得到的斗尖合力时间历程中每个工作循环内斗尖合力的峰值对应的斗尖合力峰值时刻，采用所述的斗尖合力峰值时刻，对应抽取相同时间坐标系下动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量；对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的动臂油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中动臂油缸的伸缩量定值；对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的斗杆油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中斗杆油缸的伸缩量定值；对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的铲斗油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中铲斗油缸的伸缩量定值；所述的动臂油缸伸缩量记为l动n，所述的斗杆油缸伸缩量记为l斗n，所述的铲斗油缸伸缩量记为l铲n，所述的工作循环的总数记为N，则n＝1,2,...,N，所述的试验姿态中动臂油缸伸缩量定值记为L动，所述的试验姿态中斗杆油缸伸缩量定值记为L斗，所述的试验姿态中铲斗油缸伸缩量定值记为L铲；步骤三：获取疲劳试验最优加载角度，抽取将步骤一中实测应力时间历程中每个工作循环下的应力峰值，对每个测点在每个工作循环内的所有应力峰值进行算术平均；所述的应力峰值记为σj‑nmax，其中j为第j个测点，j＝1，2，......，P；P为测点总数且等于所述的危险点和易损伤点数量之和，σj‑M为第j个测点所有N个工作循环内的应力峰值的算术平均值；将所有测点中σj‑M最大的点作为基准测点，记为Q点，采用下式计算第j个测点的实测应力与Q点的应力的应力比例系数，记为λj，针对挖掘机建立有限元模型，将步骤一中获取的L动、L斗、L铲代入所建立的有限元模型，在xoy平面内，在铲斗中间斗齿尖端加载100KN的定值力，求解第j个测点的仿真应力；采用下式计算第j个测点的仿真应力与Q点的仿真应力的仿真应力比例系数，记为λ′j，其中σ'M为Q点的仿真应力，σ'j为第j测点的仿真应力；将所获得的第j测点的仿真应力与剩余所有测点的仿真应力进行拟合，求得第j测点的仿真应力比例关系，记为λ′j(β)；建立最优加载角度优化模型，目标函数，约束条件，λ′j(β)≥λj；根据约束条件，求解目标函数，可求得最优加载角度β；步骤四，获取挖掘机工作装置等效力时间历程，建立挖掘机工作装置有限元模型，在铲斗中间斗齿的斗尖处加载5级定载荷，记为F1、F2、F3、F4、F5，代入步骤二中获得的试验姿态的L动、L斗、L铲和步骤三中获得的最优加载角度β，求解有限元模型，获得试验姿态和最优加载角度下测点Q处的仿真应力值，记为σQ_1、σQ_2、σQ_3、σQ_4、σQ_5；将所述的5级定载荷和测点Q处的仿真应力值分组组合为σQ_1，F1、σQ_2，F2、σQ_3，F3、σQ_4，F4和σQ_5，F5，并对每组数据进行线性拟合，求得k等效；根据下式计算斗尖最终等效力，F等效＝σ实测·k等效其中，σ实测为测点Q处实测获得的应力时间历程，k等效在工作姿态和最优加载角度下铲斗中间斗齿所加载的定载荷与Q仿真应力值的比值，F等效为斗尖等最终等效力；所述的斗尖最终等效力的时间历程即为最终求得的挖掘机工作装置等效力时间历程。