挖掘机转台等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法技术

提供一种挖掘机转台等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法，通过获取动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸上的位移和压力参数，通过建立适当坐标系，通过铰点分力的力时间历程求解并得出铰点的等效力时间历程。本发明专利技术根据挖掘机转台在挖掘机工作时的受力特点和自身结构的特殊性，统计出了转台所受集中外力的作用方向，实现了转台所受复杂外力等效为固定姿态下转台的两个大小相等、方向相反的等效力，并将等效力时间历程编制为挖掘机转台的疲劳试验谱，弥补了国内无挖掘机转台铰点等效力获取方法及相应的转台疲劳试验谱整理方法的空白。本发明专利技术在转台局部坐标系下进行疲劳试验，避免了由于挖掘机姿态的变化引起的实验误差，提高了试验的精度。

【技术实现步骤摘要】
挖掘机转台等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法
本专利技术涉及机械设备领域，涉及挖掘机转台等效力获取及疲劳试验，具体涉及一种挖掘机转台等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法。
技术介绍
转台作为挖掘机的重要组成部分，主要用于连接挖掘机的各类部件并承受来自工作装置的交变力，其结构的好坏直接影响了挖掘机的使用寿命和可靠性。挖掘机转台的疲劳断裂是造成挖掘机转台结构破坏的主要原因，对转台进行疲劳寿命试验是保证其结构安全性和使用寿命的重要手段，另一方面，由于挖掘机是个多自由度系统，在实际工作中工作姿态和外力时刻在改变，实测力不能直接整理试验力谱。在做疲劳试验时需要将构件固定在某个姿态下，对于承受力方向固定，工作姿态不变的构件试验姿态容易确定，但是挖掘机在实际工作中姿态时刻在改变，试验姿态不易确定，而且现有文献对挖掘机转台的疲劳试验谱整理方法的研究较少，目前还没有一种适用于挖掘机转台的疲劳试验谱整理方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种挖掘机转台等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法，解决现有技术中缺乏相应的挖掘机转台等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法导致的实测力不能直接整理实验力谱的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种挖掘机转台铰点等效力时间历程获取方法，该方法包括以下步骤：步骤一：铰点分力时间历程获取，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，求得三个油缸的油缸力时间历程；以转台与动臂铰点为原点，在竖直面内建立第零坐标系，记为Cx0y0，以转台与动臂油缸铰点为原点，在竖直面内建立第零坐标系Cx0y0的移轴坐标系，记为第零坐标系Kx0y0；建立多体动力学方程，代入所述的油缸力时间历程和工作姿态，求解铰点C在x0方向的分力的时间历程和在y0方向的分力的时间历程；建立多体动力学方程，代入所述的油缸力时间历程和工作姿态，求解铰点K在x0方向的分力的时间历程和在y0方向的分力的时间历程；所述的铰点C为转台与动臂铰点，所述的铰点K为转台与动臂油缸铰点，所述的伸缩量时间历程和压力时间历程测定时间长度相等且同时测定；步骤二，铰点合力时间历程获取及合力加载角度计算，采用步骤一中获得的铰点C在x0方向的分力和在y0方向的分力通过下式求解铰点C的合力FC，通过下式求解合力与y0方向的夹角θC，即，求得铰点C的合力时间历程和合力角度时间历程；比较铰点C合力时间历程和合力角度时间历程，获取每一工作循环中合力最大值所对应的角度值：其中n为所述的测定时长内的工作循环总数，并进行如下算术平均，获得铰点C的合力时间历程的加载角度；采用步骤一中获得的铰点K在x0方向的分力和在y0方向的分力通过下式求解铰点K的合力FK，通过下式求解合力与y0方向的夹角θK，即，求得铰点K的合力时间历程和合力角度时间历程；比较铰点K合力时间历程和合力角度时间历程，获取每一工作循环中合力最大值所对应的角度值：并进行如下算术平均，获得铰点K的合力时间历程的加载角度；将铰点C和铰点K的合力时间历程的加载角度的绝对值进行相加，并通过下式对和值进行算术平均，求得最终的等效力的加载角度θ；步骤三：铰点等效力时间历程获取，在第零坐标系下，建立有限元模型，求得结构疲劳危险部位，在铰点C的x0方向施加定值力，采用有限元软件求解应力值最大的疲劳危险点应力，采用铰点C在x0方向的定值力和疲劳危险点应力，求解铰点C在x0方向力-应力比例系数在所述的有限元模型下，在铰点C的y0方向施加定值力，采用有限元软件求解应力值最大的疲劳危险点应力，采用铰点C在y0方向的定值力和疲劳危险点应力，求解铰点C在y0方向力-应力比例系数在所述的有限元模型下，在铰点C与x0方向夹角角度为θ的方向施加定值力，采用有限元软件求解应力值最大的疲劳危险点应力，采用铰点C在θ角度方向的定值力和疲劳危险点应力，求解铰点C在θ角度方向力-应力比例系数kC；采用所述的铰点C在x0方向力-应力比例系数铰点C在y0方向力-应力比例系数铰点C在θ角度方向的力-应力比例系数kC，通过下式计算铰点C的最终等效力即获取铰点C最终等效力时间历程；在所述的有限元模型下，在铰点K的x0方向施加定值力，采用有限元软件求解铰点K在x0方向力-应力比例系数在所述的有限元模型下，在铰点K的y0方向施加定值力，采用有限元软件求解铰点K在y0方向力-应力比例系数在所述的有限元模型下，在铰点K与y0方向夹角角度为θ的方向施加定值力，采用有限元软件求解铰点K在θ角度方向的力-应力比例系数kK；采用所述的铰点K在x0方向力-应力比例系数铰点K在y0方向力-应力比例系数铰点K在θ角度方向的力-应力比例系数kK，通过下式计算铰点K最终等效力即获取铰点K最终等效力时间历程；步骤四：最终等效力时间历程获取，比较和的大小，选择其中数值较大者作为最终的等效力，记为Feq，即求得最终等效力Feq的时间历程。本专利技术还保护一种挖掘机转台疲劳试验谱的整理方法，包括步骤：a)获取挖掘机转台铰点等效力时间历程；b)采用步骤a)中获得的挖掘机转台铰点等效力时间历程编制转台铰点计算力谱；c)根据损伤一致性准则对步骤b)中获得转台铰点计算力谱进行修正，得到挖掘机转台疲劳试验谱，所述的步骤a)中获取挖掘机转台铰点等效力时间历程的方法采用如上所述的挖掘机转台铰点等效力时间历程获取方法。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术根据挖掘机转台在挖掘机工作时的受力特点和自身结构的特殊性，统计出了转台所受集中外力的作用方向，实现了转台所受复杂外力等效为固定姿态下转台的两个方向相反的等效力，并将等效力时间历程编制为挖掘机转台的疲劳试验谱，弥补了国内无挖掘机转台铰点等效力获取方法及相应的转台疲劳试验谱整理方法的空白。本专利技术在转台局部坐标系下进行疲劳试验，避免了由于挖掘机姿态的变化引起的实验误差，提高了试验的精度。附图说明图1为液压挖掘机简化结构示意图；图2为液压挖掘机计算坐标系统图；图3为液压挖掘机转台局部坐标系下外力当量模型；图4为液压挖掘机转台疲劳试验谱编制流程；图中各个标号的含义为：1转台，2动臂油缸无杆腔压力传感器，3动臂油缸有杆腔压力传感器，4动臂油缸，5动臂油缸位移传感器，6动臂，7斗杆油缸无杆腔压力传感器，8斗杆油缸，9斗杆油缸位移传感器，10斗杆油缸有杆腔压力传感器，11斗杆，12铲斗油缸无杆腔压力传感器，13铲斗油缸，14铲斗油缸位移传感器，15铲斗油缸有杆腔压力传感器，16连杆，17摇杆，18铲斗。以下结合实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式遵从上述技术方案，以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例：本实施例给出一种挖掘机转台铰点等效力时间历程获取方法，该方法包括以下步骤：步骤一：铰点分力时间历程获取，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，求得三个油缸的油缸力时间历程；以转台与动臂铰点为原点，在竖直面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘机转台铰点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：铰点分力时间历程获取，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，求得三个油缸的油缸力时间历程；以转台与动臂铰点为原点，在竖直面内建立第零坐标系，记为Cx0y0，以转台与动臂油缸铰点为原点，在竖直面内建立第零坐标系Cx0y0的移轴坐标系，记为第零坐标系Kx0y0；建立多体动力学方程，代入所述的油缸力时间历程和工作姿态，求解铰点C在x0方向的分力

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机转台铰点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：铰点分力时间历程获取，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，求得三个油缸的油缸力时间历程；以转台与动臂铰点为原点，在竖直面内建立第零坐标系，记为Cx0y0，以转台与动臂油缸铰点为原点，在竖直面内建立第零坐标系Cx0y0的移轴坐标系，记为第零坐标系Kx0y0；建立多体动力学方程，代入所述的油缸力时间历程和工作姿态，求解铰点C在x0方向的分力的时间历程和在y0方向的分力的时间历程；建立多体动力学方程，代入所述的油缸力时间历程和工作姿态，求解铰点K在x0方向的分力的时间历程和在y0方向的分力的时间历程；所述的铰点C为转台与动臂铰点，所述的铰点K为转台与动臂油缸铰点，所述的伸缩量时间历程和压力时间历程测定时间长度相等且同时测定；步骤二，铰点合力时间历程获取及合力加载角度计算，采用步骤一中获得的铰点C在x0方向的分力和在y0方向的分力通过下式求解铰点C的合力FC，通过下式求解合力与y0方向的夹角θC，即，求得铰点C的合力时间历程和合力角度时间历程；比较铰点C合力时间历程和合力角度时间历程，获取每一工作循环中合力最大值所对应的角度值：其中n为所述的测定时长内的工作循环总数，并进行如下算术平均，获得铰点C的合力时间历程的加载角度；采用步骤一中获得的铰点K在x0方向的分力和在y0方向的分力通过下式求解铰点K的合力FK，通过下式求解合力与y0方向的夹角θK，即，求得铰点K的合力时间历程和合力角度时间历程；比较铰点K合力时间历程和合力角度时间历程，获取每一工作循环中合力最大值所对应的角度值：并进行如下算术平均，获得铰点K的合力时间历程的加载角度；将铰点C和铰点K的合力时间历程的加载角度的绝对值进行相加，并通过下式对和值进行算术平均，求得最终的等效力的加载角度θ；步骤三：铰点等效力时间历程获取，在第零坐标系下，建立有限元模型，求得结构疲劳危险部位，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕彭民，向清怡，黄炳雷，庞利叶，李瑶，线晨，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61