CN103293006A - 一种用于确定搅拌运输车副车架载荷谱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定搅拌运输车副车架载荷谱的方法。第一步，根据有限元分析和实际使用中搅拌运输车副车架的疲劳损坏位置，确定测点，进行载荷谱的静态和道路测试；第二步，结合速度及加速度信号，对时域数据进行功率谱分析、滤波处理，检查去除奇异点、零漂等，获得了完整、可靠的试验数据；第三步，根据搅拌运输车实际工况，采用“快速加料——满载运料——快速卸料”的组合工况，结合实际道路测试数据，确定包含1组加料工况数据、1组路试数据(含三种路况)、1组卸料工况数据的载荷谱。本发明为搅拌运输车副车架载荷谱的测试与编制提供了一种简单、准确、实用的方法，为疲劳寿命预测提供了一种方法和数据基础。

Description

一种用于确定搅拌运输车副车架载荷谱的方法

技术领域

本发明涉及载荷谱研究领域，尤其涉及一种用于确定搅拌运输车副车架载荷谱的分析方法。 

背景技术

随着我国城市化进程的加速，水泥混凝土搅拌运输车得到广泛应用，需求量日益增加；为提高工作效率，搅拌运输车不断向大型化发展，其额定装载量不断增加。水泥搅拌运输车主要将混凝土从搅拌站安全、可靠、高效地运送到建设工地，具有运输和搅动的双重功能。其副车架起着连接底盘大梁及支撑搅拌筒的作用，主要由主梁、前台、后台和尾翼组成，主要承受弯曲、扭转以及组合形式的载荷作用，同时承受搅拌罐体旋转带来的不平衡动载作用，这就要求必须具有足够的强度、刚度及耐久性。而在实际使用中发现，在整车故障中，副车架经常出现焊缝开裂、车架裂纹等损坏形式，分析原因主要因为结构设计不合理、疲劳强度不足、应力集中过大等情况所导致，为提高副车架结构疲劳耐久性能，使结构实现科学、可靠、快速的优化设计，提出一种搅拌运输车副车架载荷谱测试与分析方法是十分必要而迫切的。 

搅拌运输车等工程机械以及其他地面车辆所承受路面不平引起的随机载荷，其对于车辆结构动载荷、车辆结构疲劳损伤具有直接影响，若想从根本上解决车辆结构的疲劳失效问题，需将机械产品所受到的随机载荷编制成载荷谱，以进行结构的疲劳寿命预测和室内模拟试验。 

目前，在工程机械行业，为解决产品的疲劳断裂等问题，许多厂家在进行相关试验研究，工程机械的疲劳耐久性正日益得到重视。在航空、汽车等领域，对载荷谱的研究均取得了一定的成果，在航空领域，已提出了“飞-续-飞”随机疲劳载荷谱编制思路，以及飞机起落架的疲劳载荷谱；在汽车领域，有人为整株秸秆还田机刀轴编制了弯扭复合载荷谱；有人在动态作业测试的基础上编制了自卸车车架疲劳载荷谱；还有人分别对轮式装载机和矿山车辆等工程车辆的传动系、半轴等部件进行了载荷信号测试、预处理及试验台加载谱的编制等问题进行了研究；还没有人对搅拌运输车及副车架的载荷谱编制方法进行研究。 

在实际应用中可以发现，不同的工程机械、机械产品由于其功能、工作环境及工况不同均具有不同的载荷谱测试和编制方法，因此本发明提出一种确定水泥混凝土搅拌运输车副车架载荷谱的方法。 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于确定搅拌运输车副车架载荷谱的方法，为搅拌运输车副车架的疲劳寿命预测提供一种方法和基础数据，为车辆的可靠性优化设计奠定研究基础。 

本发明的技术解决方案是：该方法首先是确定搅拌运输车的工况循环，其次是副车架载荷测试，再次是测试信号分析与处理，并进行雨流计数，最后，根据载荷循环工况，编制出符合搅拌运输车工作实际的副车架载荷谱。利用编制好的载荷谱，结合疲劳积累损伤理论，可进行测点的损伤分析与寿命预估，为搅拌运输车疲劳寿命预估提供合理、准确的计算基础。 

其中，该方法包括以下步骤：第一步，搅拌运输车副车架应变载荷测试；第二步，测试数据处理与分析；第三步，编制载荷谱。 

其中，该方法的具体步骤如下： 

第一步：搅拌运输车副车架应变载荷测试 

(1)准备仪器设备； 

(2)确定测点：根据结构有限元分析结果与使用中的疲劳破坏位置，确定测点(同步测试质心位置的三向加速度和车速信号)； 

(3)粘贴应变片； 

(4)布线与调试设备； 

(5)静态测试：主要依据试验方案进行满载弯曲工况与满载扭转工况的应力测试，测试结果用于进行有限元模型验证； 

(6)道路试验：依据试验方案，进行四种工况测试，即紧急制动工况、快速加料工况、快速卸料工况以及满载运料工况。 

第二步：测试数据处理与分析 

(1)时域信号功率谱分析； 

(2)检查去除奇异点、零漂，滤波处理； 

(3)获得可靠试验数据。 

第三步：编制载荷谱 

(1)根据搅拌运输车实际工况，确定“快速加料——满载运料——快速卸料”的组合工况，结合实际道路测试数据，载荷谱数据包含1组加料工况数据、1组运料工况数据(含三种组合路况)、1组卸料工况数据，即为一个工作循环； 

(2)考虑焊点位置为关键点，根据有限元分析结果，确定各测点的强化系数； 

(3)计算焊点位置载荷的均幅值分布，进而确定载荷谱。 

本发明的优点是：搅拌运输车副车架应变载荷的测试步骤清晰、明确，仪器和设备操作简便，可以获得准确、可靠的实验数据；根据搅拌运输车的实际工况，确定“快速加料——满载运料——快速卸料”的组合工况，结合道路测试数据和各测点的强化系数后，可以获得与实际相符的副车架载荷谱；为搅拌运输车副车架载荷谱的测试与编制提供了一种简单、准确、实用的方法。 

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。 

图2是本发明的数据采集器示意图。 

图3是本发明的测试车辆示意图。 

图4是本发明的试验测点位置示意图。 

图5是本发明某测点加料工况获得的测试信号示意图。 

图6是本发明的测试信号处理示意图。 

图7是本发明的循环工况信号示意图。 

图8是本发明的测试结构的最大主应力示意图。 

图9是本发明的雨流计数统计直方图。 

图中：1、5、8、13、16、17、18、19、20、21、22、23、26、31、34、37分别为三向测点，2、3、4、6、7、9、10、11、12、14、15、24、25、27、28、29、30、32、33、35、36分别为单向测点。 

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本发明的技术解决方案，实施例不应理解为是对技术解决方案的限制。 

实施例1：以某搅拌运输车副车架为例进行说明。 

1.搅拌运输车副车架载荷谱测试 

(1)准备仪器设备：主要仪器设备如下：eDAQ数据采集器(通道数：67，如图2所示)、三向加速度传感器(电容式，量程：4g)、非接触式五轮仪、应变计(单向、应变花)、数据处理软件(Somat InField，nCode8.0)、计算机、试验车(满载，如图3所示)等。 

(2)确定测点：根据实际结构有限元分析结果与使用中的疲劳破坏位置，实际确定左、右测点，共37点，其中单向测点共21点、三向测点共16点，如图4所示，同时测试车辆质心位置三向加速度，以及车速信号。 

(3)粘贴应变片：试验选用应变计为：应变花(型号BE350-3CA)16个、单向应变片(型号BE350-3AA(11)N4)20片。按照处理测点表面、清洗、划线、粘接、检测、密封等6个步骤，按规范逐个测点完成贴片工作。 

(4)布线与调试设备：线缆采用4芯屏蔽线，接入采集设备后需调试消除线阻，采集设备各通道进行初始设置，采样频率500Hz。 

(5)静态测试：主要依据试验方案进行满载弯曲工况与满载扭转工况的应力测试。满载弯曲工况时，搅拌筒逆时针旋转，采集加满载终了时各点的应变。满载扭转工况时，主要采集单轮、对角轮抬高200mm，及极限扭转(单轮升起高度大于300mm)时三种情况下各点应变。 

(6)道路试验：参考用户使用情况，测试工况分为快速加料、满载运料、快速卸料3种，构成一个工作循环，试验测试由3名操纵熟练的驾驶员完成，尽量消除驾驶技术主观因素对测试结果的影响，每名驾驶员测试里程不少于2个工作循环，即不少于30km。测试车辆车况良好，满载。路测里程不低于50km，运行平均车速不低于40km/h，制动不少于5次，弯道不少于3处，道路要求见表1所示。测试获得加料、满载运输、卸料工况测试信号，某测点加料工况获得的测试信号如图5所示。 

表1测试道路条件 

2.测试数据处理与分析 

结合速度信号及加速度信号，对时域数据进行功率谱分析，滤波处理，检查去除奇异点、零漂等，去除数据失效测点，即获得了完整、可靠的试验数据。 

(1)时域信号功率谱分析： 

(2)检查去除奇异点、滤波处理； 

(3)获得可靠试验数据，如图6所示。 

3.编制载荷谱 

(1)分离应变花数据通道，道路测试信号去除停车时段内信号，加料、卸料工况内信号，抽取静止时段内信号。 

根据搅拌运输车实际工况，采用了“快速加料——满载运料——快速卸料”的组合工况，结合实际道路测试数据，载荷谱包含1组加料工况数据、1组路试数据(20km)、1组卸料工况数据，即为一个工作循环，如图7所示。 

(2)考虑焊点位置为关键点，根据有限元分析结果，确定各测点的强化系数，如表2所示。 

表2各测点焊缝强化系数 

(3)计算焊点位置最大主应力，如图8所示，并应用雨流计数法确定载荷的均幅值分布及统计频次，如图9所示，进而确定焊点位置载荷谱。 

Claims (1)

1.一种用于确定搅拌运输车副车架载荷谱的方法，其特征在于确定了以“快速加料-满载运料-快速卸料”为载荷工作循环，该方法包含以下具体步骤：

第一步：搅拌运输车副车架载荷谱测试

(1)准备仪器设备；

(2)确定测点：根据结构有限元分析结果与使用中的疲劳破坏位置，确定测点(同时，测试质心位置的三向加速度和车速信号)；

(3)粘贴应变片；

(4)布线与调试设备；

(5)静态测试：主要依据试验方案进行满载弯曲工况与满载扭转工况的应力测试；

(6)道路试验：依据试验方案，进行四种工况测试，即紧急制动工况、快速加料工况、快速卸料工况以及满载运料工况。

第二步：测试数据处理与分析

(1)时域信号功率谱分析；

(2)检查去除奇异点、滤波处理；

(3)获得可靠试验数据。

第三步：编制载荷谱

(1)根据搅拌运输车实际工况，确定“快速加料-满载运料-快速卸料”的组合工况，结合实际道路测试数据，载荷谱数据包含1组加料工况数据、1组满载运料工况数据、1组卸料工况数据，构成一个工作循环；

(2)考虑焊点位置为关键点，根据有限元分析结果，确定各测点的强化系数；

(3)计算焊点位置最大主应力均幅值及统计频次，进而确定载荷谱。

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