一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，包括设置在行车横梁上的多个应力传感器和无线发射节点、无线接收站，以及远程微型处理器；应力传感器将采集到的应力信号传送至对应的无线发射节点，再发送至无线接收站，无线接收站传送至远程微型处理器，将应力传感器采集的应力信号与对应的应力阈值相比较；应力传感器的位置分布通过雨流计数法疲劳寿命分析、负载敏感度分析和局部负载、整体负载下的基于独立疲劳损坏模式的非相关负载向量获得。本发明专利技术避免了行车横梁在复杂的生产现场宽幅变载情况下的安全隐含漏检和有线传输过程中的信号干扰与衰减，确保横梁在全生命周期、全负载情况下不出现疲劳损坏，为安全生产提供了保障。

【技术实现步骤摘要】
一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统及方法
本专利技术属于行车安全监控领域，具体涉及一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统及方法。
技术介绍
目前，为保证行车的安全运行，大多数都是采取了行车运行位置监测或距离监测的方式，虽然避免了行车运行过程中因运行位置超出极限而带来的碰撞，但是并没有解决行车在超载情况下可能带来的危险，少数监测应力应变状态的方法中，应变片的布局方式也未能确保监测到所有可能的负载情况下材料可能出现的疲劳损坏。目前，金属结构的动态应力信号采集大多还停留在有线的方式，针对在行车横梁等难以布置大量屏蔽导线的工作环境下，长导线会引入电磁干扰，同时还耗费了大量的人力和时间，不利于远程监测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统及方法，确保材料在所有负载情况下不出现设计寿命内的疲劳损坏，本专利技术能够在足够的距离上将测得的应力应变数据通过无线传输给报警装置，实现远程监控，确保生产安全。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，其特征在于：它包括设置在行车横梁上的多个应力传感器和无线发射节点、无线接收站，以及远程微型处理器；应力传感器将采集到的应力信号传送至对应的无线发射节点，所有的无线发射节点再将应力信号发送至无线接收站，无线接收站传送至远程微型处理器；远程微型处理器用于将应力传感器采集的应力信号与对应的应力阈值相比较；所述的多个应力传感器的位置分布通过雨流计数法疲劳寿命分析、负载敏感度分析和局部负载、整体负载下的基于独立疲劳损坏模式的非相关负载向量获得。按上述系统，所述的远程微型处理器与报警装置连接，用于在应力传感器采集的应力信号超过对应的应力阈值时进行报警。按上述系统，所述的多个应力传感器的位置分布及应力阈值大小通过以下方法确定：1)建立行车横梁结构计算模型，并对行车横梁施加准静态单位负载；2)设定疲劳存活率和相关性阀值；3)通过雨流计数法进行疲劳寿命分析，获得时间历程中的最劣周期；4)基于疲劳损坏的应力敏感度分析：所有负载在每个应力测量点均有一个对应的敏感度值，将敏感度矩阵与最劣周期向量矩阵进行矩阵向量乘积获得应力敏感度矩阵；5)将整体负载划分为多个局部负载集，提取每个局部负载集中不相关负载向量；6)将步骤5)中得到的局部负载集中不相关负载向量进行累计，提取整体负载中不相关负载向量；7)最优应变片布局方案规划：以能够监测整体负载中不相关负载向量为首要条件，并基于遗传算法同时兼顾应力传感器安装便利性和信号干扰因素，从而确定应力测量点的位置，即应力传感器的位置分布方案，并给出相应应力传感器的应力阀值。按上述系统，所述的1)具体为：建立行车横梁三维模型，在模型上施加单位负载，并认为在一个短时间dt内是静态过程，同时忽略惯性力的影响，进行线性弹性有限元分析获得基于疲劳寿命的应力历程，针对材料可能出现疲劳损坏的负载处进行同样的分析处理，获得不同幅值载荷在时间历程下的应力历程。按上述系统，所述的3)具体为：采用雨流计数法将应力历程对应的应变历程转化成幅值周期，并找到最劣周期，得到第K个最劣周期的负载向量FLk，共KP个这样的周期；在数量为P的应力测量点下，获得一个大小为P的向量矩阵FLP，包含有KP×P个向量。按上述系统，所述的5)具体为：计算局部负载集在应力测量点产生的任意两个不同最劣周期的疲劳负载矩阵向量wFLp的相关性NVC，与设定的相关性阀值比较，在NVC大于相关性阀值时认为两个负载向量将产生相同的疲劳损坏模式，弃去其中一个负载向量；而所有两两相乘后NVC小于或等于相关性阀值的向量都被认为是不相关向量，被保留下来，得到矩阵LFL；所述的6)具体为：整体负载情况下，将所有局部负载集在不同应力测量点下获得的矩阵LFL组成整体疲劳负载矩阵LFLV，再乘敏感度矩阵，获得的矩阵向量依次两两相乘，得到结果矩阵，将结果矩阵与设定的相关性阀值比较，得到最终矩阵FFLq；一种行车横梁在线应力监测与故障诊断方法，其特征在于：它包含以下步骤：S1、在行车横梁上布置多个应力传感器，每个应力传感器作为一个应力测量点；所述的多个应力传感器的位置分布通过雨流计数法疲劳寿命分析、负载敏感度分析和局部负载、整体负载下的基于独立疲劳损坏模式的非相关负载向量获得S2、应力传感器将采集到的应力信号传送至对应的无线发射节点，所有的无线发射节点再将应力信号发送至无线接收站，无线接收站传送至远程微型处理器；S3、远程微型处理器将应力传感器采集的应力信号与对应的应力阈值相比较，判断行车横梁的安全状态。按上述方法，它还包括S4、当任意一个应力传感器采集的应力信号超过对应的应力阈值，则进行报警。按上述方法，所述的多个应力传感器的位置分布及应力阈值大小通过以下方法确定：1)建立行车横梁结构计算模型，并对行车横梁施加准静态单位负载；2)设定疲劳存活率和相关性阀值；3)通过雨流计数法进行疲劳寿命分析，获得时间历程中的最劣周期；4)基于疲劳损坏的应力敏感度分析：所有负载在每个应力测量点均有一个对应的敏感度值，将敏感度矩阵与最劣周期向量矩阵进行矩阵向量乘积获得应力敏感度矩阵；5)将整体负载划分为多个局部负载集，提取每个局部负载集中不相关负载向量；6)将步骤5)中得到的局部负载集中不相关负载向量进行累计，提取整体负载中不相关负载向量；7)最优应变片布局方案规划：以能够监测整体负载中不相关负载向量为首要条件，并基于遗传算法同时兼顾应力传感器安装便利性和信号干扰因素，从而确定应力测量点的位置，即应力传感器的位置分布方案，并给出相应应力传感器的应力阀值。按上述方法，所述的1)具体为：建立行车横梁三维模型，在模型上施加单位负载，并认为在一个短时间dt内是静态过程，同时忽略惯性力的影响，进行线性弹性有限元分析获得基于疲劳寿命的应力历程，针对材料可能出现疲劳损坏的负载处进行同样的分析处理，获得不同幅值载荷在时间历程下的应力历程；所述的3)具体为：采用雨流计数法将应力历程对应的应变历程转化成幅值周期，并找到最劣周期，得到第K个最劣周期的负载向量FLk，共KP个这样的周期；在数量为P的应力测量点下，获得一个大小为P的向量矩阵FLP，包含有KP×P个向量；所述的5)具体为：计算局部负载集在应力测量点产生的任意两个不同最劣周期的疲劳负载矩阵向量wFLp的相关性NVC，与设定的相关性阀值比较，在NVC大于相关性阀值时认为两个负载向量将产生相同的疲劳损坏模式，弃去其中一个负载向量；而所有两两相乘后NVC小于或等于相关性阀值的向量都被认为是不相关向量，被保留下来，得到矩阵LFL；所述的6)具体为：整体负载情况下，将所有局部负载集在不同应力测量点下获得的矩阵LFL组成整体疲劳负载矩阵LFLV，再乘敏感度矩阵，获得的矩阵向量依次两两相乘，得到结果矩阵，将结果矩阵与设定的相关性阀值比较，得到最终矩阵FFLq；本专利技术的有益效果为：避免了行车横梁在复杂的生产现场宽幅变载情况下的安全隐患漏检和有线传输过程中的信号干扰与衰减，实现远程实时监测行车横梁的动态应力状态，确保横梁在全生命周期、全负载情况下不出现疲劳损坏，为安全生产提供了保障。附图说明图1为本专利技术的最优应力传感器位置分布方案确定流程图。图2为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，其特征在于：它包括设置在行车横梁上的多个应力传感器和无线发射节点、无线接收站，以及远程微型处理器；应力传感器将采集到的应力信号传送至对应的无线发射节点，所有的无线发射节点再将应力信号发送至无线接收站，无线接收站传送至远程微型处理器；远程微型处理器用于将应力传感器采集的应力信号与对应的应力阈值相比较；所述的多个应力传感器的位置分布通过雨流计数法疲劳寿命分析、负载敏感度分析和局部负载、整体负载下的基于独立疲劳损坏模式的非相关负载向量获得。

【技术特征摘要】
1.一种行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，其特征在于：它包括设置在行车横梁上的多个应力传感器和无线发射节点、无线接收站以及远程微型处理器；应力传感器将采集到的应力信号传送至对应的无线发射节点，所有的无线发射节点再将应力信号发送至无线接收站，无线接收站传送至远程微型处理器；远程微型处理器用于将应力传感器采集的应力信号与对应的应力阈值相比较；所述的多个应力传感器的位置分布通过雨流计数法疲劳寿命分析、负载敏感度分析和局部负载、整体负载下的基于独立疲劳损坏模式的非相关负载向量获得；所述的多个应力传感器的位置分布及应力阈值大小通过以下方法确定：1)建立行车横梁结构计算模型，并对行车横梁施加准静态单位负载；2)设定疲劳存活率和相关性阀值；3)通过雨流计数法进行疲劳寿命分析，获得时间历程中的最劣周期；4)基于疲劳损坏的应力敏感度分析：所有负载在每个应力测量点均有一个对应的敏感度值，将敏感度矩阵与最劣周期向量矩阵进行矩阵向量乘积获得应力敏感度矩阵；5)将整体负载划分为多个局部负载集，提取每个局部负载集中不相关负载向量；6)将步骤5)中得到的局部负载集中不相关负载向量进行累计，提取整体负载中不相关负载向量；7)最优应变片布局方案规划：以能够监测整体负载中不相关负载向量为首要条件，并基于遗传算法同时兼顾应力传感器安装便利性和信号干扰因素，从而确定应力测量点的位置，即应力传感器的位置分布方案，并给出相应应力传感器的应力阀值。2.根据权利要求1所述的行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，其特征在于：所述的远程微型处理器与报警装置连接，用于在应力传感器采集的应力信号超过对应的应力阈值时进行报警。3.根据权利要求1所述的行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，其特征在于：所述的1)具体为：建立行车横梁三维模型，在三维模型上施加单位负载，并认为在一个短时间dt内是静态过程，同时忽略惯性力的影响，进行线性弹性有限元分析获得基于疲劳寿命的应力历程，针对材料可能出现疲劳损坏的负载处进行同样的分析处理，获得不同幅值载荷在时间历程下的应力历程。4.根据权利要求3所述的行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，其特征在于：所述的3)具体为：采用雨流计数法将应力历程对应的应变历程转化成幅值周期，并找到最劣周期，得到第K个最劣周期的负载向量FLk，共KP个这样的周期；在数量为P的应力测量点下，获得一个大小为P的向量矩阵FLP，包含有KP×P个向量。5.根据权利要求4所述的行车横梁在线应力监测与故障诊断系统，其特征在于：所述的5)具体为：计算局部负载集在应力测量点产生的任意两个不同最劣周期的疲劳负载矩阵向量wFLp的相关性NVC，与设定的相关性阀值比较，在NVC大于相关性阀值时认为两个负载向量将产生相同的疲劳损坏模式，弃去其中一个负载向量；而所有两两相乘后NVC小于或等于相关性阀值的向量都被认为是不相关向量，被保留下来，得到矩阵LFL；所述的6)具体为：整体负载情况下，将所有局部负载集在不同应力测量点下获得的矩阵LFL组成整体疲劳负载矩阵LFLV，再乘敏感度矩阵，获得的矩阵向量依次两两相乘，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋英华，郭辉，毕庆贞，郭昕曜，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42