本发明专利技术公开一种挖掘机载荷谱编制方法及系统，包括：通过虚拟建模软件对挖掘机整机进行建模并获得动力学模型；通过离散元建模软件对作业土壤进行建模并获得离散元模型；对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真，并通过耦合计算获得动力学模型上的目标部位的初始载荷谱；将初始载荷谱导入有限元分析软件中进行应变分析并获得关于目标部位的初始应变；在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片，并获得挖掘机实际作业后关于目标部位的实际应变；根据初始应变与实际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调整；输出末次调整后的动力学模型上的目标部位的载荷谱。本发明专利技术能够提高载荷谱的提取精度和准确性，降低提取成本。降低提取成本。降低提取成本。
【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机载荷谱编制方法及系统
[0001]本专利技术涉及工程装备
，特别涉及一种挖掘机载荷谱编制方法。本专利技术还涉及一种挖掘机载荷谱编制系统。
技术介绍
[0002]工程装备在采矿、道路施工、抢险救援等领域应用广泛。
[0003]挖掘机是一种常见的用于土壤挖掘作业的工程装备。在施工过程中，交变载荷是导致挖掘机的动力装置(如铲斗、臂架等)产生疲劳断裂的主要原因，为分析当前结构下的动力是否满足设计寿命，工程师需提取载荷谱并进行疲劳寿命分析。
[0004]目前，载荷谱通常可用试验测试或仿真计算求得。其中，试验测试的方法具有一定不可重复性，比如挖掘机操作员的操作习惯与土壤土质的不同等。仿真计算方法虽然可以模拟不同土质的土壤，且具有一定的可重复性，但又缺少一定的真实性。
[0005]在现有技术中，对挖掘机的载荷谱提取方法主要有三种，一是工程师根据设计经验输入一个周期函数的力进行模拟计算；二是工程师借助多体动力学软件构建挖掘机的整机模型，并进行动力学仿真得出目标部位的载荷谱；三是工程师通过安装销轴传感器进行试验测量得出载荷谱。
[0006]然而，在第一种提取方法中，工作经验很难与实际情况一一对应，当动力装置处于复杂工况时往往出现较大偏差；第二种提取方法对动力装置的受力分析仅仅停留在动力学方面，而忽略了实际工作中不同土壤土质的结果参数对工作装置的影响；第三种提取方法需要对动力装置本身进行结构改进，因此需要较高的传感器设计成本和制造成本，并且也需要对动力装置本身改进更是增加了实验成本，且销轴传感器不具有通用性，工作效率也较低。
[0007]因此，如何提高载荷谱的提取精度和准确性，降低提取成本，是本领域技术人员面临的技术问题。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的是提供一种挖掘机载荷谱编制方法，能够提高载荷谱的提取精度和准确性，降低提取成本。本专利技术的另一目的是提供一种挖掘机载荷谱编制系统。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种挖掘机载荷谱编制方法，包括：
[0010]通过虚拟建模软件对挖掘机整机进行建模并获得动力学模型；
[0011]通过离散元建模软件对作业土壤进行建模并获得离散元模型；
[0012]对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真，并通过耦合计算获得动力学模型上的目标部位的初始载荷谱；
[0013]将初始载荷谱导入有限元分析软件中进行应变分析并获得关于目标部位的初始应变；
[0014]在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片，并获得挖掘机实际作业后
关于目标部位的实际应变；
[0015]根据初始应变与实际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调整，再基于调整后的动力学模型和离散元模型继续进行作业联合仿真，直至有限元分析软件的应变分析结果与实际应变趋于一致；
[0016]输出末次调整后的动力学模型上的目标部位的载荷谱。
[0017]优选地，在对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真之前，还包括：
[0018]编写虚拟建模软件与离散元建模软件进行耦合计算的接口程序文件。
[0019]优选地，在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片，具体包括：
[0020]根据初始应变中的应力集中或应力过渡区域筛选目标部位的贴片位置；
[0021]再在贴片位置上粘贴应变片；
[0022]其中，在粘贴应变片时：
[0023]根据贴片位置的形状参数确定应变片的粘贴数量，并根据贴片位置的应力变化趋势确定应变片的粘贴方向。
[0024]优选地，在筛选出贴片位置之后，且在粘贴应变片之前，还包括：
[0025]对贴片位置进行表面处理。
[0026]优选地，获得挖掘机实际作业后关于目标部位的实际应变，具体包括：
[0027]将挖掘机实体分别对不同组分的作业土壤进行挖掘作业，并获得多个关于目标部位的应变片的应变数据；
[0028]对多个应变数据进行综合处理并获得均值作为实际应变。
[0029]优选地，根据初始应变与实际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调整，具体包括：
[0030]对比初始应变与实际应变，并筛选出其中差值大于预设阈值的各个显著差异数据；
[0031]判断各个显著差异数据分别对应的时间段内，挖掘机的作业状态属于土壤内工况还是土壤外工况，若均属于土壤内工况，则仅对离散元模型的建模参数进行调整；若均属于土壤外工况，则仅对动力学模型的建模参数进行调整；若分别属于土壤内工况和土壤外工况，则同时对动力学模型和离散元模型的建模参数进行调整。
[0032]优选地，对动力学模型的建模参数进行调整，具体包括：
[0033]在挖掘机实体作业时记录动力部件的实际位移参数，并据此对动力学模型的初始位移参数和/或初始姿态参数进行更新。
[0034]优选地，对离散元模型的建模参数进行调整，具体包括：
[0035]对离散元模型的土壤颗粒密度参数和/或颗粒间粘性力参数进行更新。
[0036]优选地，对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调整时，根据初始应变与实际应变的数据差值幅度对目标调整参数进行多次细化的阶梯数值修正。
[0037]本专利技术还提供一种挖掘机载荷谱编制系统，包括：
[0038]第一建模模块，用于通过虚拟建模软件对挖掘机整机进行建模并获得动力学模型；
[0039]第二建模模块，用于通过离散元建模软件对作业土壤进行建模并获得离散元模型；
[0040]联合仿真模块，用于对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真，并通过耦合计算获得动力学模型上的目标部位的初始载荷谱；
[0041]应变分析模块，用于将初始载荷谱导入有限元分析软件中进行应变分析并获得关于目标部位的初始应变；
[0042]应变测试模块，用于在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片，并获得挖掘机实际作业后关于目标部位的实际应变；
[0043]参数调整模块，用于根据初始应变与实际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调整，再基于调整后的动力学模型和离散元模型继续进行作业联合仿真，直至有限元分析软件的应变分析结果与实际应变趋于一致；
[0044]载荷谱编制模块，用于输出末次调整后的动力学模型上的目标部位的载荷谱。
[0045]本专利技术所提供的挖掘机载荷谱编制方法，主要包括七个步骤。其中，在第一步中，主要内容为通过虚拟建模软件对挖掘机整机进行建模，从而获得关于挖掘机整机的动力学模型。在第二步中，主要内容为通过离散元建模软件对挖掘机进行挖掘作业的土壤进行建模，从而获得关于作业土壤的离散元模型。在第三步中，主要内容为对在上述两步中获得的动力学模型和离散元模型进行关联，以对动力学模型和离散元模型进行挖掘作业联合仿真，模拟挖掘机的实际工作过程，并通过耦合计算获得动力学模型上关于目标部位(如动力装置等)的初始载荷谱。在第四步中，主本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种挖掘机载荷谱编制方法，其特征在于，包括：通过虚拟建模软件对挖掘机整机进行建模并获得动力学模型；通过离散元建模软件对作业土壤进行建模并获得离散元模型；对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真，并通过耦合计算获得动力学模型上的目标部位的初始载荷谱；将初始载荷谱导入有限元分析软件中进行应变分析并获得关于目标部位的初始应变；在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片，并获得挖掘机实际作业后关于目标部位的实际应变；根据初始应变与实际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调整，再基于调整后的动力学模型和离散元模型继续进行作业联合仿真，直至有限元分析软件的应变分析结果与实际应变趋于一致；输出末次调整后的动力学模型上的目标部位的载荷谱。2.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法，其特征在于，在对动力学模型和离散元模型进行作业联合仿真之前，还包括：编写虚拟建模软件与离散元建模软件进行耦合计算的接口程序文件。3.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法，其特征在于，在挖掘机实体上与目标部位的对应位置处粘贴应变片，具体包括：根据初始应变中的应力集中或应力过渡区域筛选目标部位的贴片位置；再在贴片位置上粘贴应变片；其中，在粘贴应变片时：根据贴片位置的形状参数确定应变片的粘贴数量，并根据贴片位置的应力变化趋势确定应变片的粘贴方向。4.根据权利要求3所述的挖掘机载荷谱编制方法，其特征在于，在筛选出贴片位置之后，且在粘贴应变片之前，还包括：对贴片位置进行表面处理。5.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法，其特征在于，获得挖掘机实际作业后关于目标部位的实际应变，具体包括：将挖掘机实体分别对不同组分的作业土壤进行挖掘作业，并获得多个关于目标部位的应变片的应变数据；对多个应变数据进行综合处理并获得均值作为实际应变。6.根据权利要求1所述的挖掘机载荷谱编制方法，其特征在于，根据初始应变与实际应变的区别对动力学模型和/或离散元模型的建模参数进行调整，具体包括：对比初始应变与实际应...
【专利技术属性】
技术研发人员：张乐涛，朱建新，刘强，程思凯，吴正阳，
申请(专利权)人：山河智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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