轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，包括：S1,通过加速度

【技术实现步骤摘要】
轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统


[0001]本专利技术涉及港口重型运输设备
，具体涉及一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统。

技术介绍

[0002]轨道式集装箱起重机小车机构的车轮在工作一段时间后，由于小车机构的自身重量及集装箱的重量均由车轮承担，因此在车轮踏面的附近存在较大的交变应力，容易出现踏面剥离、车轮失圆等问题。当小车机构的车轮上出现踏面剥离、车轮失圆时，若不及时处理，不仅踏面的剥离和车轮失圆的现象会逐渐加重，还会对车轮结构造成疲劳破坏。传统的人工巡检方式无法立刻发现这种疲劳破坏，而且人力成本高。如果在车轮上部署健康监测系统，则具有难安装、难维护和难捕捉的缺点，也无法实现对轨道式集装箱起重机上小车机构的车轮的寿命预测。在目前的轨道式集装箱起重机的寿命预测系统中，绝大多数情况是采用钢结构寿命预测的方式，基本不会考虑小车机构的车轮寿命。在极少数情况下才会考虑使用对小车机构结构车轮寿命进行检测的设备，但是此类设备都极为复杂，需要将各种类型传感器布满在小车机构车轮上，这样会严重影响到小车机构车轮的正常行驶以及监测数据的准确性。在现有技术中，大量的传感器(应力传感器、应变传感器、加速度传感器等)在使用过程中，需要多个数据端口和光纤相互对接，也需要多个信号采集器作为上级设备连接到对应的传感器，此外，传感器和信号采集器使用过程中容易受到外界因素(风、雨、灰尘、电磁干扰等)的影响，造成数据失真。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统，仅通过振动加速度传感器监测的数据便能够及时跟踪轨道式集装箱起重机小车机构的车轮健康状态，为精准地预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的疲劳寿命提供了依据，而且还避免了采用复杂的传感器系统，降低了设备损坏的风险以及设备成本。
[0004]本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：
[0005]一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，应用于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统上，该车轮寿命预测系统包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置，该车轮寿命预测方法包括以下步骤：
[0006]S1,所述计算服务装置通过一加速度
‑
应力算法计算出车轮的平均应力结果并将该平均应力结果以载荷谱形式记录；
[0007]S2,所述计算服务装置通过一数据库预存的S
‑
N曲线和于S1获得的载荷谱以预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮剩余寿命。
[0008]进一步地，所述轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构为小车机构车轮传
动轴附近的变速箱。
[0009]进一步地，所述计算服务装置通过显示器将轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的加速度状态、应力状态、载荷谱历史数据和/或预测寿命的结果显示给用户。
[0010]进一步地，该车轮寿命预测方法还包括以下步骤：
[0011]S3，计算服务装置通过内部设置的名义应力法对车轮剩余寿命进行校核，获得最为精确的车轮剩余寿命。
[0012]进一步地，所述名义应力法包括以下步骤：
[0013]S31,以小车机构车轮材料的S
‑
N曲线为基础；
[0014]S32,对照结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤积累理论，以校核疲劳寿命。
[0015]进一步地，所述名义应力的计算公式如下：
[0016][0017]公式(1)中，S
a
为名义应力；σ
a
为应力；K
f
为疲劳缺口系数；ε为裂缝尺寸系数；β为表面质量系数；C
L
为加载方式。
[0018]进一步地，于所述疲劳损伤积累理论中，测试工作循环下的累积损伤度的计算公式如下：
[0019][0020]公式(2)中，D为总损伤；n
i
为载荷水平i下的循环数；N
i
为载荷水平作用下的疲劳寿命。
[0021]进一步地，S1所述的加速度
‑
应力算法的计算公式如下：
[0022]σ＝aE
m
+b
ꢀꢀ
(3)
[0023]公式(3)中：σ为所求部位的平均应力；E
m
为不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量；a,b：为加速度应力系数；根据平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式，并得出a,b的值。
[0024]进一步地，如图4所示，于S1之前还包括以下步骤：
[0025]S100,所述计算服务装置通过有限元分析软件计算得到的加速度a和应力σ，将该加速度a和应力σ带入到一最大主应力公式中，得到不同裂缝深度下各测试点处的主应力；
[0026]S200,所述计算服务装置通过一平均应力和振动加速度平均能量公式，得出不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力和振动加速度平均能量，并绘制出平均应力曲线以及振动加速度平均能量曲线；
[0027]S300,所述计算服务装置通过平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式；
[0028]S400,所述计算服务装置通过振动加速度平均能量计算测点处的平均应力值。
[0029]进一步地，于S100中，所述计算服务装置分别对小车机构车轮上的不同裂缝深度(h1,h2,...,h
n
)进行有限元仿真，得到不同裂缝深度下的加速度[a
h11
,a
h1n
]…
[a
hn1
,a
hnn
]以
及应力[σ
h11
,σ
h1n
]…
[σ
hn1
,σ
hnn
]。
[0030]进一步地，于S100中，所述的最大主应力计算公式如下：
[0031][0032]公式(4)中：σ1为最大主应力，(h1,h2,...,h
n
)为不同的裂缝深度，E为弹性模量，E＝2.1
×
10
11
；μ为泊松比，μ＝0.3；ε
a
,ε
b
,ε
c
为通过应变法测得(h1,h2,...,h
n
)不同裂缝深度的应变。
[0033]进一步地，于S200中，在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力的计算公式如下：
[0034][0035]公式(5)中：σ
m
为在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力；σ
1,i
为不同裂缝深度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，应用于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统上，该车轮寿命预测系统包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置，该车轮寿命预测方法包括以下步骤：S1,所述计算服务装置通过一加速度
‑
应力算法计算出车轮的平均应力结果并将该平均应力结果以载荷谱形式记录；S2,所述计算服务装置通过一数据库预存的S
‑
N曲线和于S1获得的载荷谱以预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮剩余寿命。2.根据权利要求1所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，所述轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构为小车机构车轮传动轴附近的变速箱。3.根据权利要求1所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，所述计算服务装置通过显示器将轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的加速度状态、应力状态、载荷谱历史数据和/或预测寿命的结果显示给用户。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，该车轮寿命预测方法还包括以下步骤：S3，计算服务装置通过内部设置的名义应力法对车轮剩余寿命进行校核，获得最为精确的车轮剩余寿命。5.根据权利要求4所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，所述名义应力法包括以下步骤：S31,以小车机构车轮材料的S
‑
N曲线为基础；S32,对照结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤积累理论，以校核疲劳寿命。6.根据权利要求5所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，所述名义应力的计算公式如下：公式(1)中，S
a
为名义应力；σ
a
为应力；K
f
为疲劳缺口系数；ε为裂缝尺寸系数；β为表面质量系数；C
L
为加载方式。7.根据权利要求5所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，于所述疲劳损伤积累理论中，测试工作循环下的累积损伤度的计算公式如下：公式(2)中，D为总损伤；n
i
为载荷水平i下的循环数；N
i
为载荷水平作用下的疲劳寿命。8.根据权利要求1
‑
3任一所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，S1所述的加速度
‑
应力算法的计算公式如下：σ＝aE
m
+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)公式(3)中：σ为所求部位的平均应力；E
m
为不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速
度平均能量；a,b：为加速度应力系数；根据平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式，并得出a,b的值。9.根据权利要求1
‑
3任一所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，于S1之前还包括以下步骤：S100,所述计算服务装置通过有限元分析软件计算得到的加速度a和应力σ，将该加速度a和应力σ带入到一最大主应力公式中，得到不同裂缝深度下各测试点处的主应力；S200,所述计算服务装置通过一平均应力和振动加速度平均能量公式，得出不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力和振动加速度平均能量，并绘制出平均应力曲线以及振动加速度平均能量曲线；S300,所述计算服务装置通过平均应力与振动加速度平均能...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖炳林，庞颖威，容梓豪，王运，赵伟龙，黄卞传，郭晓飞，叶子豪，周雄，
申请(专利权)人：广州港股份有限公司广州港股份有限公司南沙集装箱码头分公司北京泛泰克斯仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：