CN107273695B - 轮式装载机及其当量载荷计算方法和装置 - Google Patents

轮式装载机及其当量载荷计算方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种轮式装载机及其当量载荷计算方法和装置。该方法包括：根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程；根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程；根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程；根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程。本发明上述实施例只施加一个铲斗处的载荷，所以该载荷谱便于试验室台架加载。本发明上述实施例得到的当量载荷谱，可以指导装载机工作装置的结构设计，提高和改善装载机结构件的疲劳寿命。

Description

轮式装载机及其当量载荷计算方法和装置
技术领域
本发明涉及载荷处理技术领域，特别涉及一种轮式装载机及其当量载荷计算方法和装置。
背景技术
装载机工作装置的疲劳寿命作为衡量装载机可靠性的一项重要指标逐渐受到重视，而装载机工作装置的载荷谱是研究装载机工作装置的疲劳可靠性的前提和基础。
装载机的工作装置在作业过程中位置和姿态一直在变化，所以采集到工作装置各铰点处的载荷的大小和方向都在随时间变化。而要想在实验室中复现出危险点处的损伤规律，就必须复现出这种复杂的载荷历程。按照最直接的方法，对装载机多个铰点同时施加不同方向的载荷，存在两个问题。1)对不同铰点进行同时加载时，要考虑载荷的作用时间历程，和各铰点作用的先后次序。而在载荷谱统计时，雨流计数法打破了这种次序。2)实验室中对多个位置同步进行加载需要多个力源协调作用，对于装载机工作装置这种大型结构件来说，加载后变形量很大，多力源协调控制难度加大。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明提供了一种轮式装载机及其当量载荷计算方法和装置，只施加一个铲斗处的载荷，该载荷谱便于试验室台架加载。
根据本发明的一个方面，提供一种轮式装载机当量载荷计算方法，包括：
根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程；
根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程；
根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程；
根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：
根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷的作用位置和作用方向。
在本发明的一个实施例中，所述根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程包括：
根据摇臂油缸长度和动臂油缸长度确定动臂横梁铰点、动臂油缸铰点和动臂铲斗铰点在整体坐标系的坐标值，其中整体坐标系为以动臂车架铰点为圆心的坐标系；
根据拉杆力时间历程确定摇臂受到的摇臂油缸力时间历程；
根据拉杆力时间历程和摇臂油缸力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程。
在本发明的一个实施例中，所述根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程包括：
将整体坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程转化为动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程，其中，动臂坐标系为以动臂铲斗铰点为圆心、动臂铲斗铰点与动臂车架铰点连线为x轴的坐标系；
根据动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程。
在本发明的一个实施例中，所述根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程包括：
根据有限元分析结果，将动臂上至少两处应力集中点作为危险点；
根据拉杆力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程分别确定危险点弯矩时间历程。
在本发明的一个实施例中，所述根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程包括：
根据每一危险点的弯矩时间历程获取所述危险点的等效载荷时间历程；
根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程。
在本发明的一个实施例中，所述根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程包括：
在每一时刻，取所有危险点等效载荷中的最大等效载荷作为该时刻的当量载荷。
根据本发明的另一方面，提供一种轮式装载机当量载荷计算装置，包括：
动臂横梁铰点力确定模块，用于根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程；
动臂油缸铰点力确定模块，用于根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程；
危险点弯矩确定模块，用于根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程；
当量载荷确定模块，用于根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程。
在本发明的一个实施例中，所述装置还包括：
当量载荷参数确定模块，用于根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷的作用位置和作用方向。
在本发明的一个实施例中，动臂横梁铰点力确定模块包括：
铰点坐标确定单元，用于根据摇臂油缸长度和动臂油缸长度确定动臂横梁铰点、动臂油缸铰点和动臂铲斗铰点在整体坐标系的坐标值，其中整体坐标系为以动臂车架铰点为圆心的坐标系；
摇臂油缸力确定单元，用于根据拉杆力时间历程确定摇臂受到的摇臂油缸力时间历程；
动臂横梁铰点力确定单元，用于根据拉杆力时间历程和摇臂油缸力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程。
在本发明的一个实施例中，动臂油缸铰点力确定模块包括：
坐标系转化单元，用于将整体坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程转化为动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程，其中，动臂坐标系为以动臂铲斗铰点为圆心、动臂铲斗铰点与动臂车架铰点连线为x轴的坐标系；
动臂油缸铰点力确定单元，用于根据动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程。
在本发明的一个实施例中，危险点弯矩确定模块包括：
危险点确定单元，用于根据有限元分析结果，将动臂上至少两处应力集中点作为危险点；
危险点弯矩确定单元，用于根据拉杆力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程分别确定危险点弯矩时间历程。
在本发明的一个实施例中，当量载荷确定模块包括：
等效载荷确定单元，用于根据每一危险点的弯矩时间历程获取所述危险点的等效载荷时间历程；
当量载荷确定单元，用于根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程。
在本发明的一个实施例中，当量载荷确定单元用于在每一时刻，取所有危险点等效载荷中的最大等效载荷作为该时刻的当量载荷。
根据本发明的另一方面，提供一种轮式装载机，包括如上述任一实施例所述的轮式装载机当量载荷计算装置。
本发明可以将工作装置多个铰点处的载荷当量到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其它次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。由于本发明上述实施例只施加一个铲斗处的载荷，所以该载荷谱便于试验室台架加载。本发明上述实施例得到的当量载荷谱，可以指导装载机工作装置的结构设计，提高和改善装载机结构件的疲劳寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明轮式装载机当量载荷计算方法第一实施例的示意图。
图2为本发明轮式装载机当量载荷计算方法第二实施例的示意图。
图3为本发明一个实施例中轮式装载机工作装置的示意图。
图4为本发明一个实施例的载荷计算方法中输入参数的示意图。
图5为本发明一个实施例中摇臂油缸力和动臂横梁铰点力的示意图。
图6为本发明一个实施例中坐标系转化的示意图。
图7为本发明一个实施例中获取动臂油缸铰点力的示意图。
图8为本发明一个实施例中获取危险点弯矩的示意图。
图9为本发明一个实施例中获取等效外载荷作用点位置参数的示意图。
图10为本发明轮式装载机当量载荷计算装置第一实施例的示意图。
图11为本发明轮式装载机当量载荷计算装置第二实施例的示意图。
图12为本发明一个实施例中动臂横梁铰点力确定模块的示意图。
图13为本发明一个实施例中动臂油缸铰点力确定模块的示意图。
图14为本发明一个实施例中危险点弯矩确定模块的示意图。
图15为本发明一个实施例中危险点弯矩确定模块的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明轮式装载机当量载荷计算方法第一实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明轮式装载机当量载荷计算装置执行。该方法包括以下步骤：
步骤11，根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程，其中，所述拉杆力时间历程指的是拉杆力与时间的对应关系曲线。同理，本发明中其它物理量(例如：动臂横梁铰点力、动臂铲斗铰点力、动臂油缸铰点力、危险点弯矩、当量载荷等)的时间历程指的是该物理量与时间的对应关系曲线。
步骤12，根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程。
步骤13，根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程。
步骤14，将危险点弯矩等效为铲斗上某一点处的载荷，根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程。
基于本发明上述实施例提供的轮式装载机当量载荷计算方法，可以将工作装置多个铰点处的载荷当量到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其它次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。由于本发明上述实施例只施加一个铲斗处的载荷，所以该载荷谱便于试验室台架加载。本发明上述实施例得到的当量载荷谱，可以指导装载机工作装置的结构设计，提高和改善装载机结构件的疲劳寿命。
图2为本发明轮式装载机当量载荷计算方法第二实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明轮式装载机当量载荷计算装置执行。
图3为本发明一个实施例中轮式装载机工作装置的示意图。如图3所示，装载机工作装置包括动臂1、摇臂2、拉杆3、铲斗4。
图4为本发明一个实施例的载荷计算方法中输入参数的示意图。如图4所示，本发明计算方法需要输入的数据有：摇臂油缸长度Lyb、动臂油缸长度Ldb、拉杆力Flg、在整体坐标系下的动臂铲斗铰点力FMx、FMy。本发明上述需要输入的数据为这些数据的时间历程。如图5所示，所述整体坐标系为以动臂车架铰点N为圆心的坐标系xNy，FMx、FMy为动臂铲斗铰点力在整体坐标系xNy下的水平和竖直分力。
如图2所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤21，根据拉杆力Flg的时间历程确定动臂横梁铰点力FAx、FAy的时间历程。
在本发明的一个实施例中，图2实施例的步骤21可以包括：
步骤211，根据摇臂油缸长度Lyb和动臂油缸长度Ldb确定如图7所示的动臂横梁铰点A、动臂油缸铰点B和动臂铲斗铰点M等铰点在整体坐标系的坐标值，其中整体坐标系为以动臂车架铰点N为圆心的坐标系。
步骤212，如图5所示，根据拉杆力Flg的时间历程确定摇臂受到的摇臂油缸力Fyb的时间历程。
具体地，步骤212可以包括：根据公式(1)确定摇臂油缸力Fyb，其中，如图5所示，力臂L1，L2可以根据相应铰点的坐标值确定。
步骤213，如图5所示，基于力学分析，根据拉杆力Flg的时间历程和摇臂油缸力Fyb的时间历程确定动臂横梁铰点A在整体坐标系下铰点力FAx、FAy的时间历程。
具体地，步骤212可以包括：以摇臂为研究对象，根据摇臂在x轴和y轴分别受力的合力为零，即，根据如下公式(2)确定横梁铰点力FAx、FAy。
∑xF＝0和∑yF＝0 (2)
步骤22，根据动臂横梁铰点力FAx、FAy的时间历程和动臂铲斗铰点力FMx、FMy的时间历程确定动臂油缸铰点力FB的时间历程。
在本发明的一个实施例中，图2实施例的步骤22可以包括：
步骤221，根据坐标系变换矩阵，如图6所示，将整体坐标系下动臂横梁铰点力FAx、FAy的时间历程和动臂铲斗铰点力FMx、FMy的时间历程，转化为动臂坐标系下动臂横梁铰点力FAx1、FAy1的时间历程和动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1的时间历程，以消除姿态的影响。其中，动臂坐标系为以动臂铲斗铰点M为圆心、动臂铲斗铰点M与动臂车架铰点N的连线MN(从M指向N)的方向为x轴、将x轴逆时针旋转90为y轴的坐标系x1M y1。
步骤222，根据动臂坐标系下动臂横梁铰点力FAx1、FAy1的时间历程和动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1的时间历程确定动臂油缸铰点力FB的时间历程。
在本发明的一个具体实施例中，如图7所示，步骤222可以包括：将动臂横梁铰点力FAx1、FAy1、动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1和动臂油缸铰点力FB对N点取矩，根据力矩平衡关系，求得FB。
步骤23，根据动臂横梁铰点力FAx1、FAy1的时间历程、动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1的时间历程和动臂油缸铰点力FB的时间历程确定危险点弯矩时间历程。
在本发明的一个实施例中，图2实施例的步骤23可以包括：
步骤231，根据有限元分析结果，将动臂上至少两处应力集中点作为危险点。
在本发明的一个具体实施例中，如图8所示，步骤231具体可以包括：依据有限元分析结果，找到动臂上应力集中点四处，应力集中点所在截面层上的点分别用O1，O2，03，04表示。
步骤232，根据动臂横梁铰点力FAx1、FAy1的时间历程、动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1的时间历程和动臂油缸铰点力FB的时间历程确定危险点弯矩M1、M2、M3、M4的时间历程。
在本发明的图8所示的具体实施例中，步骤232具体可以包括：以动臂为研究对象，基于力矩平衡关系，根据动臂横梁铰点力FAx1、FAy1的时间历程、动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1的时间历程和动臂油缸铰点力FB的时间历程，分别确定危险点O1、O2、03、04处的弯矩，用M1、M2、M3、M4表示。
步骤24，根据危险点弯矩M1、M2、M3、M4的时间历程确定当量载荷的作用位置和作用方向。
在本发明一个具体实施例中，如图9所示，图2实施例的步骤24可以包括：
步骤241，如图9所示，将装载机工作装置调整为掘起姿态，设装载机工作装置等效外载荷作用点位置参数d、h和δ，其中d为等效载荷作用点距离动臂铲斗铰点的水平距离、h为等效载荷作用点距离动臂铲斗铰点的竖直距离、δ为等效载荷作用方向偏离水平方向的角度。
步骤242，根据公式(3)求得参数d、h和δ。在公式(3)中，LP_O1、LP_O2、LP_O3、LP_O4均为d、h和δ的函数。Fybj，FBj，M1j，M2j，M3j，M4j为铲掘过程中掘起时刻j的均值。
步骤25，将危险点弯矩等效为铲斗上某一点处的载荷，根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程。
在本发明的一个实施例中，图2实施例的步骤25可以包括：
步骤251，根据每一危险点的弯矩时间历程获取所述危险点的等效载荷时间历程。
在本发明的一个具体实施例中，步骤251可以包括：在装载机工作装置掘起姿态下，分别利用M1，M2，M3，M4，根据力矩平衡关系，得到当量载荷P的时间历程P1，P2，P3，P4。
步骤252，根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程。
在本发明的一个具体实施例中，步骤252可以包括：在每一时刻，取所有危险点等效载荷中的最大等效载荷作为该时刻的当量载荷。即，比较P1，P2，P3，P4的时间历程曲线，按照大值覆盖小值的原则，得到覆盖后的当量载荷时间历程P。
本发明上述实施例以动臂铲斗铰点载荷和拉杆载荷、油缸位移作为输入条件，将传感器测得的载荷分解到装载机动臂所在的局部坐标系，消除工作装置变姿态的影响。本发明上述实施例基于有限元分析选取动臂危险位置，取对应中性层上的点进行研究。根据力学原理得到危险点处所受弯矩，然后将危险点处弯矩，等效成铲斗上某一点处的载荷。
本发明上述实施例可以根据危险点处的弯矩和边界载荷条件，得到等效载荷的作用位置和作用角度等参数。本发明上述实施例可以对多个危险点等效得到的当量载荷时间历程，按照大值覆盖小值的原则，得到最终的当量载荷时间历程P。
由此，本发明上述实施例可以将工作装置多个铰点处的载荷当量到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其他次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。由于本发明上述实施例只施加一个铲斗处的载荷，所以该载荷谱便于试验室台架加载。本发明上述实施例得到的当量载荷谱，可以指导装载机工作装置的结构设计，提高和改善装载机结构件的疲劳寿命。
图10为本发明轮式装载机当量载荷计算装置第一实施例的示意图。如图10所示，所述轮式装载机当量载荷计算装置可以包括动臂横梁铰点力确定模块100、动臂油缸铰点力确定模块200、危险点弯矩确定模块300和当量载荷确定模块400，其中：
动臂横梁铰点力确定模块100，用于根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程。
动臂油缸铰点力确定模块200，用于根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程。
危险点弯矩确定模块300，用于根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程。
当量载荷确定模块400，用于将危险点弯矩等效为铲斗上某一点处的载荷，根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程。
基于本发明上述实施例提供的轮式装载机当量载荷计算装置，可以将工作装置多个铰点处的载荷当量到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其它次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。由于本发明上述实施例只施加一个铲斗处的载荷，所以该载荷谱便于试验室台架加载。本发明上述实施例得到的当量载荷谱，可以指导装载机工作装置的结构设计，提高和改善装载机结构件的疲劳寿命。
图11为本发明轮式装载机当量载荷计算装置第二实施例的示意图。与图10所示实施例相比，在图11所示实施例中，所述装置还可以包括当量载荷参数确定模块500，其中：
当量载荷参数确定模块500，用于根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷的作用位置和作用方向。
在本发明的一个实施例中，当量载荷参数确定模块500具体用于如图9所示，将装载机工作装置调整为掘起姿态，设装载机工作装置等效外载荷作用点位置参数d、h和δ，其中d为等效载荷作用点距离动臂铲斗铰点的水平距离、h为等效载荷作用点距离动臂铲斗铰点的竖直距离、δ为等效载荷作用方向偏离水平方向的角度；并根据公式(3)求得参数d、h和δ，其中在公式(3)中，LP_O1、LP_O2、LP_O3、LP_O4均为d、h和δ的函数。Fybj，FBj，M1j，M2j，M3j，M4j为铲掘过程中掘起时刻j的均值。
本发明上述实施例可以根据危险点处的弯矩和边界载荷条件，得到等效载荷的作用位置和作用角度等参数。
图12为本发明一个实施例中动臂横梁铰点力确定模块的示意图。如图12所示，图10或图11实施例中的动臂横梁铰点力确定模块100可以包括铰点坐标确定单元110、摇臂油缸力确定单元120和动臂横梁铰点力确定单元130，其中：
铰点坐标确定单元110，用于根据摇臂油缸长度Lyb和动臂油缸长度Ldb确定如图7所示的动臂横梁铰点A、动臂油缸铰点B和动臂铲斗铰点M等铰点在整体坐标系的坐标值，其中整体坐标系为以动臂车架铰点N为圆心的坐标系。
摇臂油缸力确定单元120，用于根据拉杆力时间历程确定摇臂受到的摇臂油缸力时间历程。
动臂横梁铰点力确定单元130，用于根据公式(1)确定摇臂油缸力Fyb，其中力臂L1，L2可以根据相应铰点的坐标值确定。
图13为本发明一个实施例中动臂油缸铰点力确定模块的示意图。如图13所示，图10或图11实施例中的动臂油缸铰点力确定模块200包括坐标系转化单元210和动臂油缸铰点力确定单元220，其中：
坐标系转化单元210，用于根据坐标系变换矩阵，如图6所示，将整体坐标系下动臂横梁铰点力FAx、FAy的时间历程和动臂铲斗铰点力FMx、FMy的时间历程，转化为动臂坐标系下动臂横梁铰点力FAx1、FAy1的时间历程和动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1的时间历程，以消除姿态的影响。其中，动臂坐标系为以动臂铲斗铰点M为圆心、动臂铲斗铰点M与动臂车架铰点N的连线MN(从M指向N)的方向为x轴、将x轴逆时针旋转90为y轴的坐标系x1M y1。
动臂油缸铰点力确定单元220，用于如图7所示，将动臂横梁铰点力FAx1、FAy1、动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1和动臂油缸铰点力FB对N点取矩，根据力矩平衡关系，求得FB。
本发明上述实施例以动臂铲斗铰点载荷和拉杆载荷、油缸位移作为输入条件，将传感器测得的载荷分解到装载机动臂所在的局部坐标系，消除工作装置变姿态的影响。
图14为本发明一个实施例中危险点弯矩确定模块的示意图。如图14所示，图10或图11实施例中的危险点弯矩确定模块300包括危险点确定单元310和危险点弯矩确定单元320，其中：
危险点确定单元310，用于根据有限元分析结果，将动臂上至少两处应力集中点作为危险点。
在本发明的一个具体实施例中，危险点确定单元310具体可以用于，如图8所示，依据有限元分析结果，找到动臂上应力集中点四处，应力集中点所在截面层上的点分别用O1，O2，03，04表示。
危险点弯矩确定单元320，用于根据拉杆力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程分别确定危险点弯矩时间历程。
在本发明的一个具体实施例中，危险点弯矩确定单元320具体可以用于以动臂为研究对象，基于力矩平衡关系，根据动臂横梁铰点力FAx1、FAy1的时间历程、动臂铲斗铰点力FMx1、FMy1的时间历程和动臂油缸铰点力FB的时间历程，分别确定危险点O1、O2、03、04处的弯矩，用M1、M2、M3、M4表示。
本发明上述实施例基于有限元分析选取动臂危险位置，取对应中性层上的点进行研究。根据力学原理得到危险点处所受弯矩，然后将危险点处弯矩，等效成铲斗上某一点处的载荷。
由此，本发明上述实施例可以将工作装置多个铰点处的载荷当量到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其他次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。由于本发明上述实施例只施加一个铲斗处的载荷，所以该载荷谱便于试验室台架加载。本发明上述实施例得到的当量载荷谱，可以指导装载机工作装置的结构设计，提高和改善装载机结构件的疲劳寿命。
图15为本发明一个实施例中危险点弯矩确定模块的示意图。如图15所示，图10或图11实施例中的当量载荷确定模块400可以包括等效载荷确定单元410和当量载荷确定单元420，其中：
等效载荷确定单元410，用于根据每一危险点的弯矩时间历程获取所述危险点的等效载荷时间历程。
在本发明的一个具体实施例中，等效载荷确定单元410具体可以用于在装载机工作装置掘起姿态下，分别利用M1，M2，M3，M4，根据力矩平衡关系，得到当量载荷P的时间历程P1，P2，P3，P4。
当量载荷确定单元420，用于根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程。
在本发明的一个实施例中，当量载荷确定单元420具体可以用于在每一时刻，取所有危险点等效载荷中的最大等效载荷作为该时刻的当量载荷。即，当量载荷确定单元420具体可以比较P1，P2，P3，P4的时间历程曲线，按照大值覆盖小值的原则，得到覆盖后的当量载荷时间历程P。
本发明上述实施例可以对多个危险点等效得到的当量载荷时间历程，按照大值覆盖小值的原则，得到最终的当量载荷时间历程P。
根据本发明的另一方面，提供一种轮式装载机，包括如上述任一实施例所述的轮式装载机当量载荷计算装置。
基于本发明上述实施例提供的轮式装载机当量载荷计算装置，可以消除工作装置变姿态的影响，通过将工作装置多个铰点处的载荷当量到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其它次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。由于本发明上述实施例只施加一个铲斗处的载荷，所以该载荷谱便于试验室台架加载。本发明上述实施例得到的当量载荷谱，可以指导装载机工作装置的结构设计，提高和改善装载机结构件的疲劳寿命。
上面所描述的轮式装载机当量载荷计算装置可以实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (15)

1.一种轮式装载机当量载荷计算方法，其特征在于，包括：
根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程；
根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程；
根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程；
根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程；
其中，所述轮式装载机当量载荷计算方法包括：将工作装置多个铰点处的载荷当量施加到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其他次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷的作用位置和作用方向。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程包括：
根据摇臂油缸长度和动臂油缸长度确定动臂横梁铰点、动臂油缸铰点和动臂铲斗铰点在整体坐标系的坐标值，其中整体坐标系为以动臂车架铰点为圆心的坐标系；
根据拉杆力时间历程确定摇臂受到的摇臂油缸力时间历程；
根据拉杆力时间历程和摇臂油缸力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程包括：
将整体坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程转化为动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程，其中，动臂坐标系为以动臂铲斗铰点为圆心、动臂铲斗铰点与动臂车架铰点连线为x轴的坐标系；
根据动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程包括：
根据有限元分析结果，将动臂上至少两处应力集中点作为危险点；
根据拉杆力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程分别确定危险点弯矩时间历程。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程包括：
根据每一危险点的弯矩时间历程获取所述危险点的等效载荷时间历程；
根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程包括：
在每一时刻，取所有危险点等效载荷中的最大等效载荷作为该时刻的当量载荷。
8.一种轮式装载机当量载荷计算装置，其特征在于，包括：
动臂横梁铰点力确定模块，用于根据拉杆力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程；
动臂油缸铰点力确定模块，用于根据动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程；
危险点弯矩确定模块，用于根据动臂横梁铰点力时间历程、动臂铲斗铰点力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程确定危险点弯矩时间历程；
当量载荷确定模块，用于根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷时间历程；
其中，所述轮式装载机当量载荷计算装置，用于将工作装置多个铰点处的载荷当量施加到铲斗的一个施加点上，编制出既保证寿命危险点处损伤与实际一致，又使其他次危险点满足损伤规律的当量载荷谱。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
当量载荷参数确定模块，用于根据危险点弯矩时间历程确定当量载荷的作用位置和作用方向。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，动臂横梁铰点力确定模块包括：
铰点坐标确定单元，用于根据摇臂油缸长度和动臂油缸长度确定动臂横梁铰点、动臂油缸铰点和动臂铲斗铰点在整体坐标系的坐标值，其中整体坐标系为以动臂车架铰点为圆心的坐标系；
摇臂油缸力确定单元，用于根据拉杆力时间历程确定摇臂受到的摇臂油缸力时间历程；
动臂横梁铰点力确定单元，用于根据拉杆力时间历程和摇臂油缸力时间历程确定动臂横梁铰点力时间历程。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，动臂油缸铰点力确定模块包括：
坐标系转化单元，用于将整体坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程转化为动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程，其中，动臂坐标系为以动臂铲斗铰点为圆心、动臂铲斗铰点与动臂车架铰点连线为x轴的坐标系；
动臂油缸铰点力确定单元，用于根据动臂坐标系下动臂横梁铰点力时间历程和动臂铲斗铰点力时间历程确定动臂油缸铰点力时间历程。
12.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，危险点弯矩确定模块包括：
危险点确定单元，用于根据有限元分析结果，将动臂上至少两处应力集中点作为危险点；
危险点弯矩确定单元，用于根据拉杆力时间历程和动臂油缸铰点力时间历程分别确定危险点弯矩时间历程。
13.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，当量载荷确定模块包括：
等效载荷确定单元，用于根据每一危险点的弯矩时间历程获取所述危险点的等效载荷时间历程；
当量载荷确定单元，用于根据所有危险点的等效载荷时间历程确定当量载荷时间历程。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，
当量载荷确定单元用于在每一时刻，取所有危险点等效载荷中的最大等效载荷作为该时刻的当量载荷。
15.一种轮式装载机，其特征在于，包括如权利要求8-14中任一项所述的轮式装载机当量载荷计算装置。
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