装载机工作装置疲劳试验谱整理方法、加载方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及装载机工作装置疲劳试验谱整理方法、加载方法及装置，先将装载机工作装置简化为一个平面结构，建立动臂坐标系xoy，获得铲斗与动臂的铰点A、摇臂与动臂的铰点D、动臂油缸与动臂的铰点I在动臂坐标系下的铰点力载荷时间历程；再在动臂板的中性面上选取结构点，计算动臂坐标系下动臂板上结构点的弯矩Mi；固定铲掘姿态下，装载机工作装置受到等效外力F、动臂油缸对动臂的作用力FI和摇臂油缸对摇臂的作用力FE，求解得到等效外力F的位置和方向参数，再获取等效外力F的载荷时间历程，编制装载机工作装置疲劳试验谱。本发明专利技术建立动臂截面弯矩与等效外力的当量关系来绘制试验谱，能同时考虑铲斗底板垂向载荷和水平载荷的作用。

Finishing method, loading method and device for fatigue test spectrum of loader working device

The present invention relates to a working device of loader fatigue test device and finishing method, loading method, the loader working device is simplified as a planar structure, a movable arm coordinate system xoy, I in the hinge force load time history arm coordinates of the bucket and boom hinge point, rocker arm and A the arm hinge point D, boom cylinder and boom hinge point; then select the structure in the neutral surface of boom plate, bending moment calculation of Mi structure on the arm board moving arm coordinates; fixed shovel attitude, working device of loader by equivalent external F, boom cylinder the FE force of the boom cylinder and rocker rocker arm of force FI, obtained the equivalent external F position and orientation parameters, and then obtain the equivalent external load time history of F, preparation of working device of loader fatigue test. The equivalent relation between moment and equivalent external force of the arm section is established to draw the test spectrum, and the vertical load and horizontal load of the bucket bottom can be considered simultaneously.

【技术实现步骤摘要】
装载机工作装置疲劳试验谱整理方法、加载方法及装置
本专利技术属于疲劳试验领域，具体涉及装载机工作装置疲劳试验谱整理方法、加载方法及装置。
技术介绍
工作装置是装载机主要的工作部件，也是装载机的直接受力部件，其结构性能及疲劳性能的好坏直接影响装载机的使用可靠性和寿命。装载机工作装置结构的疲劳断裂是装载机工作装置结构破坏的主要原因，对装载机工作装置进行疲劳寿命试验是制定结构维修保养计划以及保证结构基本使用时间的重要基础。而且疲劳台架试验时需要固定装载机工作装置姿态，因此，装载机工作装置疲劳试验载荷谱整理与加载方法是疲劳寿命预测领域的一个重要研究方向。目前，还没有一种适用于装载机工作装置的疲劳试验载荷谱整理与加载方法，这是因为工作装置在装载机铲装作业过程中的姿态不断发生变化，二疲劳试验时需要将装载机工作装置固定在某个姿态下，两者之间的矛盾难以协调。这里利用动臂截面弯矩等效原则，将不同作业姿态下装载机工作装置的试验实测外载荷当量至固定姿态下，并采用数理统计的方法编制了装载机工作装置疲劳试验载荷谱。现有的装载机工作装置疲劳试验加载装置是标准“JB/T5958-1991装载机工作装置疲劳试验方法”提出的在铲斗中心斗尖处加载垂向载荷，这种加载方法与加载装置只考虑了装载机工作装置所受垂向载荷的作用，没有考虑装载机工作装置水平载荷的作用，并且只适用于单一机型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供装载机工作装置疲劳试验谱整理方法、加载方法及装置，适用于不同型号的装载机工作装置疲劳试验。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：包括以下步骤：(1)将装载机工作装置简化为一个平面结构，建立动臂坐标系xoy，并通过销轴传感器获得铲斗与动臂的铰点A、摇臂与动臂的铰点D、动臂油缸与动臂的铰点I在动臂坐标系下的铰点力载荷时间历程；(2)在动臂板的中性面上选取结构点，计算动臂坐标系下动臂板上结构点的弯矩Mi；(3)固定铲掘姿态下，装载机工作装置受到等效外力F、动臂油缸对动臂的作用力FI和摇臂油缸对摇臂的作用力FE，求解得到等效外力F的位置和方向参数；(4)根据等效外力F的位置和方向参数获取等效外力F的载荷时间历程；(5)根据等效外力F的载荷时间历程编制装载机工作装置疲劳试验谱。进一步地，步骤(1)中动臂坐标系xoy以动臂两端铰接点连线为x轴，指向铲斗一端为x轴正方向，垂直x轴向上为y轴正方向，以动臂与前车架铰接点为原点。进一步地，步骤(1)中在动臂坐标系下获得的铰点力载荷时间历程包括：铰点A在x轴方向的分力FAx，在y轴方向的分力FAy；铰点I在x轴方向的分力FIx，在y轴方向的分力FIy；铰点D在x轴方向的分力FDx，在y轴方向的分力FDy；步骤(2)中在动臂板前段、中间和后段的中性面上分别选取结构点，记为O1～O8，其弯矩Mi的计算公式如下：M1＝FAx·yA1-FAy·xA1(1)M2＝-FAx·yA2-FAy·xA2(2)M3＝-FAx·yA3-FAy·xA3(3)M4＝-FAx·yA4-FAy·xA4(4)M5＝-FAx·yA5-FAy·xA5+FDx·yD5-FDy·xD5(5)M6＝-FAx·yA6-FAy·xA6+FDx·yD6-FDy·xD6(6)M7＝-FAx·yA7-FAy·xA7+FDx·yD7-FDy·xD7-FIx·yI7-FIy·xI7(7)M8＝-FAx·yA8-FAy·xA8+FDx·yD8-FDy·xD8-FIx·yI8-FIy·xI8(8)式中，xAi和yAi分别为Oi点到力FAy和FAx作用线的垂直距离，xDi和yDi分别为Oi点到力FDy和FDx作用线的垂直距离，xIi和yIi分别为Oi点到力FIy和FIx作用线的垂直距离，其中i＝1，2，…，8。进一步地，步骤(3)具体包括：(301)设等效外力的位置和方向参数h和l和ξ；其中，h为等效外力作用点到铲斗与动臂的铰点之间距离在水平X轴上的投影长度，l为等效外力作用点到铲斗与动臂的铰点之间距离在竖直Y轴上的投影长度，ξ为等效外力作用线与水平X轴的夹角；(302)动臂油缸对动臂的作用力FI和摇臂油缸对摇臂的作用力FE用等效外力F表示，FE＝α·F(9)FI＝β·F(10)α和β均为系数；(303)在铰点I的前后两段各取两个点的弯矩值得到n个作业循环下铲掘姿态时弯矩最大值的均值Mmax，设选取的点分别为O2、O3、O6和O7，则和分别为O2点到铰点A距离在水平X轴和竖直Y轴的投影；和分别为O3点到铰点A距离在水平X轴和竖直Y轴的投影；和分别为O6点到铰点A距离在水平X轴和竖直Y轴的投影；和分别为O7点到铰点A距离在水平X轴和竖直Y轴的投影；和分别为O6点到力FI和FE作用线的垂直距离；和分别为O7点到力FI和FE作用线的垂直距离；(304)联立式(9)～式(11)，解得等效外力F的位置和方向参数h、l和ξ。进一步地，步骤(4)具体包括：根据等效外力F的位置和方向参数h、l和ξ绘制动臂截面弯矩图，从动臂截面弯矩图中得出最大弯矩截面，利用该最大弯矩截面的结构点的弯矩得到等效外力F：如最大弯矩截面为过点O5的截面，则：根据不同时间下等效外力F值得到等效外力F的载荷时间历程。本专利技术加载方法的技术方案是：还包括以下步骤：在保持装载机工作装置整体处于铲掘姿态下，将装载机工作装置整体绕当量外力作用线与铲斗底板交点顺时针旋转，旋转后施加装载机工作装置疲劳试验谱的液压作动器相对于地面呈垂直姿态，将装载机工作装置疲劳试验谱加载在装载机工作装置上。本专利技术加载装置的技术方案是：包括铲斗，铲斗的后侧通过动臂与刚性墙相铰接，动臂的中部连接动臂油缸；动臂铰接摇臂，且摇臂的一端与连杆相铰接，连杆与铲斗的后侧中部相铰接，摇臂的另一端与摇臂油缸相连；摇臂油缸、动臂、动臂油缸分别与刚性墙相铰接；铲斗的铲斗底板与辅助工装下端端面平行且固定连接，辅助工装上端连接液压油缸。进一步地，液压油缸通过螺栓固定在液压油缸支架的上部，液压油缸支架固定在地面上。进一步地，摇臂油缸通过第一铰接支架与刚性墙相铰接；动臂通过第二铰接支架与刚性墙相铰接；动臂油缸通过第三铰接支架与刚性墙相铰接。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术根据装载机铲装作业时工作装置受力特点，建立动臂截面弯矩与等效外力的当量关系，获得了集中外载荷的作用位置和作用方向，利用动臂最大弯矩截面弯矩的时间历程得到等效外力的时间历程，实现了工作装置所受复杂载荷简化至固定姿态下铲斗的一个集中外载荷。本专利技术将随姿态变化的装载机工作装置所受外力当量至固定姿态下一个方向的力，提出的载荷等效方法解决了装载机工作装置外载荷难以表述的问题，根据载荷当量结果编制了装载机工作装置疲劳试验谱，克服了现有行业标准中只考虑铲斗底板垂向载荷而忽略水平载荷的弊端。利用本专利技术试验谱进行的加载方法能够同时考虑装载机工作装置所受垂向载荷和水平载荷的作用，并且适用于多种机型。本专利技术设计的装载机工作装置疲劳试验谱加载装置，各结构间距可调节，适用于不同型号的装载机工作装置疲劳试验。附图说明图1是装载机工作装置结构示意图。图2是装载机工作装置动臂坐标系与结构弯矩计算点位置。图3是固定铲掘姿态下基于动臂结构点弯矩的外力当量模型。图4是装载机工作装本文档来自技高网...

【技术保护点】
装载机工作装置疲劳试验谱整理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将装载机工作装置简化为一个平面结构，建立动臂坐标系xoy，并通过销轴传感器获得铲斗与动臂的铰点A、摇臂与动臂的铰点D、动臂油缸与动臂的铰点I在动臂坐标系下的铰点力载荷时间历程；(2)在动臂板的中性面上选取结构点，计算动臂坐标系下动臂板上结构点的弯矩Mi；(3)固定铲掘姿态下，装载机工作装置受到等效外力F、动臂油缸对动臂的作用力FI和摇臂油缸对摇臂的作用力FE，求解得到等效外力F的位置和方向参数；(4)根据等效外力F的位置和方向参数获取等效外力F的载荷时间历程；(5)根据等效外力F的载荷时间历程编制装载机工作装置疲劳试验谱。

【技术特征摘要】
1.装载机工作装置疲劳试验谱整理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将装载机工作装置简化为一个平面结构，建立动臂坐标系xoy，并通过销轴传感器获得铲斗与动臂的铰点A、摇臂与动臂的铰点D、动臂油缸与动臂的铰点I在动臂坐标系下的铰点力载荷时间历程；(2)在动臂板的中性面上选取结构点，计算动臂坐标系下动臂板上结构点的弯矩Mi；(3)固定铲掘姿态下，装载机工作装置受到等效外力F、动臂油缸对动臂的作用力FI和摇臂油缸对摇臂的作用力FE，求解得到等效外力F的位置和方向参数；(4)根据等效外力F的位置和方向参数获取等效外力F的载荷时间历程；(5)根据等效外力F的载荷时间历程编制装载机工作装置疲劳试验谱。2.根据权利要求1所述的装载机工作装置疲劳试验谱整理方法，其特征在于：步骤(1)中动臂坐标系xoy以动臂两端铰接点连线为x轴，指向铲斗一端为x轴正方向，垂直x轴向上为y轴正方向，以动臂与前车架铰接点为原点。3.根据权利要求1所述的装载机工作装置疲劳试验谱整理方法，其特征在于：步骤(1)中在动臂坐标系下获得的铰点力载荷时间历程包括：铰点A在x轴方向的分力FAx，在y轴方向的分力FAy；铰点I在x轴方向的分力FIx，在y轴方向的分力FIy；铰点D在x轴方向的分力FDx，在y轴方向的分力FDy；步骤(2)中在动臂板前段、中间和后段的中性面上分别选取结构点，记为O1～O8，其弯矩Mi的计算公式如下：M1＝FAx·yA1-FAy·xA1(1)M2＝-FAx·yA2-FAy·xA2(2)M3＝-FAx·yA3-FAy·xA3(3)M4＝-FAx·yA4-FAy·xA4(4)M5＝-FAx·yA5-FAy·xA5+FDx·yD5-FDy·xD5(5)M6＝-FAx·yA6-FAy·xA6+FDx·yD6-FDy·xD6(6)M7＝-FAx·yA7-FAy·xA7+FDx·yD7-FDy·xD7-FIx·yI7-FIy·xI7(7)M8＝-FAx·yA8-FAy·xA8+FDx·yD8-FDy·xD8-FIx·yI8-FIy·xI8(8)式中，xAi和yAi分别为Oi点到力FAy和FAx作用线的垂直距离，xDi和yDi分别为Oi点到力FDy和FDx作用线的垂直距离，xIi和yIi分别为Oi点到力FIy和FIx作用线的垂直距离，其中i＝1，2，…，8。4.根据权利要求3所述的装载机工作装置疲劳试验谱整理方法，其特征在于：步骤(3)具体包括：(301)设等效外力的位置和方向参数h和l和ξ；其中，h为等效外力作用点到铲斗与动臂的铰点之间距离在水平X轴上的投影长度，l为等效外力作用点到铲斗与动臂的铰点之间距离在竖直Y轴上的投影长度，ξ为等效外力作用线与水平X轴的夹角；(302)动臂油缸对动臂的作用力FI和摇臂油缸对摇臂的作用力FE用等效外力F表示，FE＝α·F(9)FI＝β·F(10)α和β均为系数；(303)在铰点I的前后两段各取两个点的弯矩值得到n个作业循环下铲掘姿态时弯矩最大值的均值Mmax，设选取的点分别为O2、O3、O6和O7，则

【专利技术属性】
技术研发人员：万一品，宋绪丁，陈乐乐，张磊，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61