不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷转换的方法技术

本发明专利技术公开了一种不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷转换的方法，属于工程机械旋挖钻机载荷谱采集和编制技术领域。该方法包括以下步骤：(1)提取原始车型入岩工况时序载荷，并对时序载荷进行雨流计数，统计载荷循环的幅值和均值；(2)对载荷幅值进行高斯混合分布拟合；(3)计算载荷幅值的概率密度值的极限误差值；(4)在极限误差内随机再现幅值载荷；(5)根据转换车型的参数再现均值载荷；(6)根据转换后车型的极大值上限修正幅值载荷；(7)根据转换后车型的极小值下限修正均值载荷；(8)对修正后的载荷循环幅值和均值进行雨流重构；(9)定性比较原始车型和转换车型的时序载荷数据特征。解决了不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷反复采集困难的问题。困难的问题。困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷转换的方法


[0001]本专利技术涉及工程机械旋挖钻机载荷谱采集和编制
，尤其涉及一种不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷转换的方法。

技术介绍

[0002]旋挖钻机在工作过程中可以适应多种地层、工况较多、工程量大以及工作强度大等特点，桅杆作为旋挖钻机的关键部件，可以为动力头、钻杆和变幅机构提供安装依托部位，还可以在钻进过程中为钻头提供垂向的导向作用，在提钻时为钢丝绳的收紧提供滑轮装置，所以在旋挖钻机进行作业时，桅杆需要承受多种载荷作用。采集并编制旋挖钻机桅杆的作业时序载荷是对桅杆结构强度刚度、结构疲劳特性和焊缝疲劳特性等进行研究的前提。
[0003]由于桅杆在作业时承受多种复杂载荷，且桅杆自身结构重量大、结构复杂，所以桅杆载荷谱的采集较为困难。而旋挖钻机为了适应不同的地层和工作环境需要具有多种车型，不同车型在作业时承受的桅杆载荷不同，所以不同车型的桅杆载荷都需要进行载荷谱采集和编制。这样在对桅杆进行结构强度刚度计算、结构疲劳特性研究和焊缝疲劳特性研究时需要对桅杆时序载荷进行反复采集，浪费大量的人力物力，工作效率低下。

技术实现思路

[0004]为了解决不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷反复采集困难的问题，本专利技术提出了一种不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷转换方法，通过该方法可以在已知原始车型桅杆时序载荷的基础上，得到另一种转换车型的桅杆时序载荷，提高了桅杆载荷的采集效率，解决了不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷反复采集困难的问题，同时又简单、适用，具有很高的工程应用价值。
>[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷转换方法，包括以下步骤：
[0007](1)对原始车型入岩工况时序载荷进行雨流计数，统计载荷循环的幅值和均值；
[0008]所述原始车型入岩工况时序载荷代表该原始车型参数T
x
的极端载荷，即该车型的载荷参数上限值，所述原始车型入岩工况时序载荷的极大值由该车型参数T
x
决定。
[0009](2)对载荷幅值进行高斯混合分布拟合
[0010]首先对载荷循环的载荷幅值T
a
进行直方图绘制，划分n个区间，再采用高斯混合分布拟合直方图，根据拟合优度选择最佳高斯子模型的个数m，高斯混合分布的概率密度函数表达式如下：
[0011][0012]其中，T
a
表示载荷循环幅值载荷；a
i
表示每个子模型的权重；μ
i
表示每个子模型的
均值；δ
i
表示每个子模型的标准差；i＝1～m。
[0013](3)计算载荷幅值的概率密度值的极限误差值
[0014]计算载荷幅值概率密度值的极限误差值具体步骤如下：
[0015](3.1)计算步骤(2)中n个直方图区间实际对应的概率密度值和拟合出的高斯混合理论概率密度值之间的差值绝对值；
[0016](3.2)将n个实际和理论概率密度值差值的绝对值进行正态分布拟合，求出对应的均值和方差；
[0017](3.3)根据求出的均值和标准差计算载荷幅值概率密度值的极限误差值，极限误差值的计算公式如下：
[0018][0019]其中，δ表示载荷幅值概率密度值的极限误差值；σ表示正态分布的标准差；μ表示正态分布的均值；n表示步骤(2)中直方图的区间数；Δt表示抽样误差的概率，这里取最大误差值2.1％。
[0020](4)在极限误差内随机再现幅值载荷
[0021]首先根据步骤(3)计算出的极限误差值δ，对原始车型的载荷幅值概率密度值在(
‑
δ，+δ)内随机选取一个值，再根据随机选取的概率密度值反求出对应的载荷幅值t
a
。
[0022](5)根据转换车型的参数再现均值载荷
[0023]根据转换车型的载荷参数上限值t
x
和原始车型的载荷循环均值T
m
再现转换车型的均值载荷，转换车型的均值载荷计算公式如下：
[0024]t
mi
＝T
mi
‑
t
x
ꢀꢀꢀ
(3)
[0025]其中，t
mi
表示每一个再现的转换车型均值载荷；T
mi
表示每一个原始车型的均值载荷；t
x
表示转换车型的载荷参数极限值。
[0026](6)根据转换后车型的极大值上限修正幅值载荷
[0027]根据转换后车型的极大值上限修正幅值载荷，当转换后车型的极大值t
max
大于该车型的上限值t
x
时，利用公式修正步骤(4)再现的转换车型载荷幅值t
a
，不满足条件的幅值载荷保持不变。
[0028]即当转换后车型的极大值t
max
＝t
m
+t
a
＞t
x
时：
[0029][0030]其中，表示修正后的转换车型载荷幅值；R(t
x
)表示转换车型的随机上限值，该值在转换车型上限值t
x
固定范围内随机再现，但小于上限值t
x
，固定范围由动力头减速机挡位差决定；t
m
表示步骤(5)中再现的载荷均值。
[0031](7)根据转换后车型的极小值下限修正均值载荷
[0032]根据转换后车型的极小值下限修正均值载荷时，当转换后车型的极小值t
min
小于0时，利用公式修正步骤(5)再现的转换车型载荷均值t
m
，不满足条件的均值载荷保持不变。
[0033]即当转换后车型的极小值t
min
＝t
m
‑
t
a
＜0时：
[0034][0035]其中，表示修正后的转换车型载荷均值；R(t0)表示转换车型的随机下限值，该
值在转换车型下限值t0固定范围内随机再现，但大于下限值t0，固定范围由动力头减速机挡位差决定，若是时序载荷为大于0的值，则t0可取0；t
a
表示步骤(4)中再现的载荷幅值。
[0036](8)对修正后的载荷循环幅值和均值进行雨流重构
[0037]对修正后的载荷循环幅值和均值进行雨流重构时，根据四点雨流计数法对载荷循环进行重构，具体步骤如下：
[0038](8.1)首先计算出所有转换车型的载荷循环的极小值和极大值，按照极小值、极大值、极小值的顺序依次排列，如下列矩阵所示：
[0039][t
min1 t
max2 t
min3
...t
min(3m
‑
2) t
max(3m
‑
1) t
min(3m)
][0040]其中，m表示载荷循环的个数。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.不同车型旋挖钻机桅杆时序载荷转换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对原始车型入岩工况时序载荷进行雨流计数，统计载荷循环的幅值和均值；所述原始车型入岩工况时序载荷代表该原始车型参数T
x
的极端载荷，即该车型的载荷参数上限值，所述原始车型入岩工况时序载荷的极大值由该车型参数T
x
决定；(2)对载荷循环的载荷幅值进行高斯混合分布拟合；(3)计算载荷幅值的概率密度值的极限误差值；(4)在极限误差内随机再现幅值载荷；根据步骤(3)计算出的极限误差值δ，对原始车型的载荷幅值概率密度值在(
‑
δ，+δ)内随机选取一个值，再根据随机选取的概率密度值反求出对应的载荷幅值t
a
；(5)根据转换车型的参数再现均值载荷；根据转换车型的载荷参数上限值t
x
和原始车型的载荷循环均值T
m
再现转换车型的均值载荷，转换车型的均值载荷计算公式如下：t
mi
＝T
mi
‑
t
x
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，t
mi
表示每一个再现的转换车型均值载荷；T
mi
表示每一个原始车型的均值载荷；t
x
表示转换车型的载荷参数极限值；(6)根据转换后车型的极大值上限修正幅值载荷；根据转换后车型的极大值上限修正幅值载荷，当转换后车型的极大值t
max
大于该车型的上限值t
x
时，利用公式修正步骤(4)再现的转换车型载荷幅值t
a
，不满足条件的幅值载荷保持不变；即当转换后车型的极大值t
max
＝t
m
+t
a
＞t
x
时：其中，表示修正后的转换车型载荷幅值；R(t
x
)表示转换车型的随机上限值，该值在转换车型上限值t
x
固定范围内随机再现，但小于上限值t
x
，固定范围由动力头减速机挡位差决定；t
m
表示步骤(5)中再现的载荷均值；(7)根据转换后车型的极小值下限修正均值载荷；根据转换后车型的极小值下限修正均值载荷时，当转换后车型的极小值t
min
小于0时，利用公式修正步骤(5)再现的转换车型载荷均值t
m
，不满足条件的均值载荷保持不变；即当转换后车型的极小值t
min
＝t
m
‑
t
a
＜0时：其中，表示修正后的转换车型载荷均值；R(t0)表示转换车型的随机下限值，该值在转换车型下限值t0固定范围内随机再现，但大于下限值t0，固定范围由动力头减速机挡位差决定，若是时序载荷为大于0的值，则t0可取0；t
a
表示步骤(4)中再现的载荷幅值；(8)对修正后的载荷循环幅值和均值进行雨流重构；(9)对原始车型和转换车型的时序载荷分别进行穿级计数和累积概率分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海金，王继新，刘超勤，杜浩然，张旭楠，莫绍鹏，钱文君，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：