一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统技术方案

一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统，其特征在于它包括：数据读入模块、材料库管理模块、应力谱编制模块、疲劳计算及报告生成模块和帮助模块。本发明专利技术结合轧制现场实时载荷数据、经典疲劳理论，对轧机传动轴系统关键件进行疲劳寿命预测，操作简单，扩展方便，具有较高的适用性和可操作性，能够有效对各种材料及工况轧机传动系统关键件进行安全预警。

【技术实现步骤摘要】
一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统
本专利技术涉及一种机械零件寿命预测技术，尤其是一种轧机传动轴寿命预测技术，具体地说是一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统。
技术介绍
轧机传动系统是轧机的重要组件，其强度和稳定性直接影响到轧机的正常运行。由于轧机轧制过程中，轧件被咬入和抛出时，轧机将承受巨大的冲击载荷，从而使轧机的传动系统产生损伤。一旦轧机的传动系统零部件突然损坏，将会影响轧制生产，甚至出现严重事故。因此有必要提出一种有效、快捷和准确的预警系统，对轧机传动系统的关键零部件进行疲劳寿命的预测和预警。目前，对轧机传动系统关键零部件施行的是载荷的实时在线监控，一般情况下轧机传动系统关键零部件出现的是疲劳累计损伤，且多数情况是使用稳态轧制力矩或主电动机的额定转矩作为载荷进行疲劳寿命计算分析，所以有必要针对实时载荷编制等效应力幅谱进行疲劳寿命计算，确保计算结果的准确性。然而，实时载荷数据通常数据量十分庞大，若不进行处理，计算过程将繁琐复杂。本专利技术对于实时载荷谱进行有效、快速的转换、分析、提取和压缩处理后得到有效的、数据量大幅度缩小的载荷谱，确保计算过程简单快速。因此，建立轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警软件系统，对轧机传动轴系统进行安全预警，确保生产正常进行，防止安全事故发生。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的轧机运行参数多，寿命预测难度大的剖一，专利技术一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统以有效、快速和准确的进行基于实时载荷的轧机传动轴系统关键件的疲劳寿命预警。本专利技术的技术方案是：一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统，其特征在于它包括：一数据读入模块1，该数据读入模块1用于直接从轧机西门子实时载荷监测系统中读取多种格式载荷数据；一材料库管理模块2，该材料库管理模块2用于存储材料特性参数和与结构有关的参数；并在计算疲劳寿命时直接添加新材料信息，且所添加新材料信息将自动被保存在材料库中以供下次调用；同时也可以直接调用材料库中已有材料信息；一应力谱编制模块3，该应力谱编制模块3用于对实时载荷谱进行处理获得等效应力谱；一疲劳计算及报告生成模块4，用于进行疲劳计算并生成报告，具体步骤为：(1)采用修正后的p-S-N曲线，其表达式为：式中：ap、bp为与存活率有关的材料参数；σ-1为疲劳强度极限；Np为存活率为p时的疲劳寿命。(2)采用修正的Miner法则进行疲劳寿命计算，其表示式为：式中：Pi表示应力级别σi的概率；Ni表示单一应力σi作用下使材料发生疲劳破坏的应力循环次数，根据修正后的p-S-N曲线计算得到；a表示线性疲劳损伤累计理论修正系数；(3)得到疲劳寿命循环次数后，为方便使用，将其进行单位转换；结合现场实际工况，一天工作24小时、一年工作360天，单位转换公式为：式中：N表示通过修正Miner法则计算得到在相应载荷谱下的疲劳寿命循环次数；t表示读取载荷谱长度；n表示以年为单位计的疲劳寿命；(4)计算完成后直接生成疲劳寿命计算报告，包含零件名称、读入载荷谱信息、相关材料参数、等效应力谱编制级数、应力谱最大变程、计算结果等信息，并可以直接打印生成纸质报告；一帮助模块5，帮助模块5用于提供详细操作过程及底层算法，并方便调用。所述的载荷数据为电机的实时扭矩。所述的材料特性参数包括与存活率有关的参数ap和bp、抗拉强度、疲劳极限强度、表面加工系数、表面腐蚀系数以及表面强化系数。所述的结构参数包括绝对尺寸系数、应力集中系数以及Miner准则修正系数。所述的等效应力谱处理包括如下步骤：(1)建立所需预警的轧机传动系统关键件的有限元模型，所施加的载荷从实时载荷谱中读取，通过有限元计算，获得载荷-应力转换系数，进而转换载荷谱为初始应力谱；(2)对初始应力谱进行滤波去噪。采用三点比较法实现对峰谷值的提取，建立四点滤波算法进行滤波，再通过雨流计数法获得应力循环的幅值序列和均值序列；(3)采用古德曼曲线对该应力幅值以及均值进行等效转换，求得等效应力幅值。将计算得到的等效应力幅值均分为设定的应力等级，统计各等级在所有等效应力幅值中所占的比率，由此得到等效应力幅值谱。等效应力幅值表示为：式中：Sei为等效应力；Sui为构件的抗拉强度极限；Sai为雨流计数提取循环的应力幅值；Smi为雨流计数提取循环的应力均值。本专利技术的有益效果是：本专利技术结合轧制现场实时载荷数据、经典疲劳理论以及软件系统应用技术，解决了现有依托稳定载荷计算疲劳寿命结果不准确的问题，对轧机传动轴系统关键件进行疲劳寿命预警，操作简单，扩展方便，具有较高的适用性和可操作性，能够有效对各种材料及工况轧机传动系统关键件进行安全预警。附图说明图1是本专利技术疲劳寿命预警系统结构图；图2是本专利技术软件系统外观图；图3是本专利技术材料库管理模块示意图；图4是本专利技术载荷谱滤波去噪结果图；图5是本专利技术载荷谱雨流计数结果图；图6是本专利技术等效应力幅谱图；图7是本专利技术生成的计算报告图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统，它包括如下模块：数据读入模块1、材料库管理模块2、应力谱编制模块3、疲劳计算及报告生成模块4、帮助模块5。所述的数据读入模块1，其功能在于可实现本软件系统直接从轧机西门子实时载荷监测系统读取多种格式(如.dat、.txt等)载荷数据的功能，载荷数据内容为电机的实时扭矩。所述的材料库管理模块2，包括如下功能：(1)材料库管理模块提供材料库中已有材料的特性参数，其中包括材料相关参数(与存活率有关的参数和、抗拉强度、疲劳极限强度、表面加工系数、表面腐蚀系数以及表面强化系数)和与结构有关的参数(绝对尺寸系数、应力集中系数以及Miner准则修正系数)。(2)材料库管理模块可以将计算疲劳寿命时添加的新材料信息，保存在材料库中以供下次调用。所述的应力谱编制模块3，其功能实现包括如下步骤：(1)建立所需预警的轧机传动系统关键件的有限元模型，所施加的载荷从实时载荷谱中读取，通过有限元计算，获得载荷-应力转换系数，进而转换载荷谱为初始应力谱。(2)对初始应力谱进行滤波去噪。采用三点比较法实现对峰谷值的提取，建立四点滤波算法进行滤波，再通过雨流计数法获得应力循环的幅值序列和均值序列。(3)采用古德曼曲线对该应力幅值以及均值进行等效转换，求得等效应力幅值。将计算得到的等效应力幅值均分为设定的应力等级，统计各等级在所有等效应力幅值中所占的比率，由此得到等效应力幅值谱。等效应力幅值表示为：式中：Sei为等效应力；Sui为构件的抗拉强度极限；Sai为雨流计数提取循环的应力幅值；Smi为雨流计数提取循环的应力均值。所述的疲劳计算及报告生成模块4，其包括如下功能：(1)本软件系统采用的修正后的p-S-N曲线，其表达式为：式中：ap、bp为与存活率有关的材料参数；σ-1为疲劳强度极限；Np为存活率为p时的疲劳寿命。(2)本软件系统采用修正的Miner法则进行疲劳寿命计算，其表示式为：式中：Pi表示应力级别σi的概率；Ni表示单一应力σi作用下使材料发生疲劳破坏的应力循环次数，根据修正后的p-S-N曲线计算得到；a表示线性疲劳损伤累计理论修正系数。(3)得到疲劳寿命循环次数后，为方便使用，将其进行单位转换。结合现场实际工况，一天工作24小时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统，其特征在于它包括：一数据读入模块(1)，该数据读入模块(1)用于直接从轧机西门子实时载荷监测系统中读取多种格式载荷数据；一材料库管理模块(2)，该材料库管理模块(2)用于存储材料特性参数和与结构有关的参数；并在计算疲劳寿命时直接添加新材料信息，且所添加新材料信息将自动被保存在材料库中以供下次调用；同时也可以直接调用材料库中已有材料信息；一应力谱编制模块(3)，该应力谱编制模块(3)用于对实时载荷谱进行处理获得等效应力谱；一疲劳计算及报告生成模块(4)，用于进行疲劳计算并生成报告，具体步骤为：(1)采用修正后的p‑S‑N曲线，其表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种轧机传动轴系统关键件疲劳寿命预警系统，其特征在于它包括：一数据读入模块(1)，该数据读入模块(1)用于直接从轧机西门子实时载荷监测系统中读取多种格式载荷数据；一材料库管理模块(2)，该材料库管理模块(2)用于存储材料特性参数和与结构有关的参数；并在计算疲劳寿命时直接添加新材料信息，且所添加新材料信息将自动被保存在材料库中以供下次调用；同时也可以直接调用材料库中已有材料信息；一应力谱编制模块(3)，该应力谱编制模块(3)用于对实时载荷谱进行处理获得等效应力谱；一疲劳计算及报告生成模块(4)，用于进行疲劳计算并生成报告，具体步骤为：(1)采用修正后的p-S-N曲线，其表达式为：式中：ap、bp为与存活率有关的材料参数；σ-1为疲劳强度极限；Np为存活率为p时的疲劳寿命。(2)采用修正的Miner法则进行疲劳寿命计算，其表示式为：式中：Pi表示应力级别σi的概率；Ni表示单一应力σi作用下使材料发生疲劳破坏的应力循环次数，根据修正后的p-S-N曲线计算得到；a表示线性疲劳损伤累计理论修正系数；(3)得到疲劳寿命循环次数后，为方便使用，将其进行单位转换；结合现场实际工况，一天工作24小时、一年工作360天，单位转换公式为：式中：N表示通过修正Miner法则计算得到在相应载荷谱下的疲劳寿命循环次数；t表示读取载荷谱长度；n表示以年为单位计的疲劳寿命；(4)计算完成后直接生成疲劳寿命计算报告，包含零件名称...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏小平，李智，陈川川，周大双，滕冬，黎文伟，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32