CN109406178B - 挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法，通过获取斗尖合力时间历程，确定挖掘机试验姿态，求取疲劳试验最优加载角度，最终获取挖掘机工作装置的等效力时间历程，本发明还提供了一种挖掘机工作装置疲劳试验谱整理方法，该方法采用上述等效力获取方法。本发明的挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法对挖掘机工作装置进行疲劳试验，避免姿态误差，提高试验精度；通过损伤一致性修正保证疲劳试验谱的准确可靠；使液压挖掘机工作装置台架疲劳试验简单可行；本发明可以扩展至相似工作装置的设备，适用范围广阔。

Description

挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理

技术领域

本发明涉及机械设备领域，涉及挖掘机工作装置等效力获取及疲劳试验，具体涉及一种挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法。

背景技术

机挖掘机作为土方施工的执行者，在恶劣的施工环境中，工作装置受到各种变化复杂的负载作用，根据实际使用反馈统计，液压挖掘机工作装置产生断裂破坏的主要因素就是在长期的交变载荷的作用下产生疲劳，从而造成工作装置产生损伤，依据损伤理论，随着产生的损伤累积，达到某一临界值时将会造成构件的疲劳破坏。

目前在开发新产品和优化老产品的过程中，工作装置在设计时依然存在着静强度富裕、疲劳强度不足的问题。疲劳试验是研究大型结构的抗疲劳设计的重要手段，而能够代表实际工况的载荷谱是研究工作装置疲劳试验的必要条件，要对挖掘机工作装置进行疲劳可靠性的研究以及对其寿命进行预测，必须得到正确可靠的载荷谱。

载荷谱是能够反映结构应力或应变随时间真实变化的载荷-时间历程，不同零部件对应不同的载荷谱，零部件载荷谱反映零部件的载荷历程，工作装置载荷谱不同于零部件载荷谱，必须反映整个工作装置的载荷历程，那么就要求用一套载荷谱能够代表所有零件的载荷时间历程，实现起来具有一定的难度。

综上所述，急需寻求一种合理的挖掘机工作装置台架疲劳试验程序谱的整理方法、试验加载方法，为挖掘机工作装置的疲劳试验及可靠性寿命预估研究提供基础。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法，解决现有技术中缺乏相应的挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法和工作装置疲劳试验谱的整理方法导致的疲劳试验用载荷谱难以复现工作装置的实际应力疲劳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：斗尖合力时间历程获取，

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量时间历程，进而获得工作姿态；

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的无杆腔和有杆腔的压力时间历程，计算压力差求得动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的油缸力时间历程；

对挖掘机工作装置进行有限元分析，求解应力危险点，统计挖掘机工作装置实际工作中的易损坏点，在所述的应力危险点和易损坏点实测动臂、斗杆、铲斗在挖掘机工作过程中的应力时间历程；

对挖掘机动臂、斗杆、铲斗构建挖掘平面内的xoy坐标系，建立力学平衡方程，代入所述的工作姿态和油缸力时间历程，求解出斗尖力在挖掘平面内的斗尖合力时间历程；

所述的挖掘机工作装置包括动臂、斗杆、铲斗，所述的xoy坐标系中，o为挖掘机下车架几何中心即坐标原点，x轴指向铲斗方向，y轴竖直向上，所述的工作姿态包括挖掘姿态和卸载姿态，所述的伸缩量时间历程和压力时间历程测定时长相等且同时测定；

步骤二：确定挖掘机试验姿态，

抽取步骤一得到的斗尖合力时间历程中每个工作循环内斗尖合力的峰值对应的斗尖合力峰值时刻，采用所述的斗尖合力峰值时刻，对应抽取相同时间坐标系下动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量；

对所抽取的所有工作循环下的动臂油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中动臂油缸的伸缩量定值；

对所抽取的所有工作循环下的斗杆油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中斗杆油缸的伸缩量定值；

对所抽取的所有工作循环下的铲斗油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中铲斗油缸的伸缩量定值；

所述的动臂油缸伸缩量记为l_动n，所述的斗杆油缸伸缩量记为l_斗n，所述的铲斗油缸伸缩量记为l_铲n，所述的工作循环的总数记为N，则n＝1,2,...,N，所述的试验姿态中动臂油缸的伸缩量定值记为L_动，所述的试验姿态中斗杆油缸的伸缩量定值记为L_斗，所述的试验姿态中铲斗油缸的伸缩量定值记为L_铲；

步骤三：获取疲劳试验最优加载角度，

抽取将步骤一中实测应力时间历程中每个工作循环下的应力峰值，对每个测点在每个工作循环内的所有应力峰值进行算术平均；

所述的应力峰值记为σ_j-nmax，其中j为第j个测点，j＝1，2，......，P；P为测点总数且等于所述的应力危险点和易损坏点数量之和，σ_j-M为第j个测点所有N个工作循环内的应力峰值的算术平均值；

将所有测点中σ_j-M最大的点作为基准测点，记为Q点，采用下式计算第j个测点的实测应力与Q点的应力的应力比例系数，记为λ_j，

针对挖掘机建立有限元模型，将步骤二中获取的L_动、L_斗、L_铲代入所建立的有限元模型，在xoy平面内，在铲斗中间斗齿尖端加载100KN的定值力，求解第j个测点的仿真应力；

采用下式计算第j个测点的仿真应力与Q点的仿真应力的仿真应力比例系数，记为λ'_j，

其中σ'_M为Q点的仿真应力，σ'_j为第j测点的仿真应力；

将所获得的第j测点的仿真应力与剩余所有测点的仿真应力进行拟合，求得第j测点的仿真应力比例关系，记为λ'_j(β)；

建立最优加载角度优化模型，目标函数，

约束条件，

λ'_j(β)≥λ_j；

根据约束条件，求解目标函数，求得最优加载角度β；

步骤四，获取挖掘机工作装置等效力时间历程，

建立工作装置有限元模型，在铲斗中间斗齿的斗尖处加载5级定载荷，记为F₁、F₂、F₃、F₄、F₅，代入步骤二中获得的试验姿态的L_动、L_斗、L_铲和步骤三中获得的最优加载角度β，求解有限元模型，获得试验姿态和最优加载角度下测点Q处的仿真应力值，记为σ_{Q_1}、σ_{Q_2}、σ_{Q_3}、σ_{Q_4}、σ_{Q_5}；

将所述的5级定载荷和测点Q处的仿真应力值分组组合为σ_{Q_1}，F₁、σ_{Q_2}，F₂、σ_{Q_3}，F₃、σ_{Q_4}，F₄和σ_{Q_5}，F₅，并对每组数据进行线性拟合，求得k_等效；

根据下式计算斗尖最终等效力，

F_等效＝σ_实测·k_等效

其中，σ_实测为测点Q处实测获得的应力时间历程，k_等效在工作姿态和最优加载角度下铲斗中间斗齿所加载的定载荷与Q仿真应力值的比值，F_等效为斗尖最终等效力；

所述的斗尖最终等效力的时间历程即为最终求得的挖掘机工作装置等效力时间历程。

本发明还保护一种挖掘机工作装置劳试验谱的整理方法，该方法包括以下步骤：

a)获取挖掘机工作装置等效力时间历程，将等效力时间历程编制成挖掘机工作装置的八级程序谱；

b)对挖掘机工作装置的八级程序谱进行修正得到挖掘机工作装置最终疲劳试验谱；

所述的a)中，获取挖掘机工作装置等效力时间历程的方法采用如上所述的挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，所述的定值力的加载范围为：以x轴方向作为起始，逆时针方向，每隔0°～10°加载一次，加载次数为至少5次。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法在挖掘机工作装置的局部坐标系下进行疲劳试验，这样可以避免由于姿态变化所引起的试验误差，提高试验精度；

(Ⅱ)本发明的挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法通过对挖掘机工作装置疲劳关键部位应力测点采用损伤一致性校准，并对疲劳试验谱进行修正后得到挖掘机工作装置等效疲劳试验程序谱，可以保证疲劳试验结果的可靠性；

(Ⅲ)本发明的挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法将通过实测应力和有限元模型下的仿真应力的比例关系，解决了疲劳试验等效力的获取和等效力与实际工作装置疲劳相对应的问题，使液压挖掘机工作装置疲劳试验成为可能；

(Ⅳ)本发明的挖掘机工作装置等效力时间历程获取及疲劳试验谱整理方法适用于其他类型的挖掘机工作装置，装载机工作装置等类似结构的疲劳试验载荷谱整理。

附图说明

图1是挖掘机整机结构及传感器布置示意图；

图2a是动臂测点应变片布置示意图；

图2b是图2a的侧面的测点应变片布置示意图；

图2c是图2a的另一侧面的测点应变片布置示意图；

图3是斗尖合力时间历程、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸长度时间历程数据示意图；

图4是工作装置台架试验加载方式示意图；

图5是最优加载角度求取流程图；

图6是定载荷加载角度示意图；

图中的标号的含义为：1-回转平台，2-动臂，3-斗杆油缸无杆腔压力传感器，4-斗杆油缸，5-斗杆油缸位移传感器，6-斗杆油缸有杆腔压力传感器，7-斗杆，8-铲斗油缸无杆腔压力传感器，9-铲斗油缸，10-铲斗油缸有杆腔压力传感器，11-铲斗油缸位移传感器，12-铲斗，13-动臂油缸有杆腔压力传感器，14-动臂油缸位移传感器，15-动臂油缸，16-动臂油缸无杆腔压力传感器，A-动臂与回转平台铰接点，B-动臂油缸与转台铰点，C-动臂油缸与动臂铰点，D-斗杆油缸与动臂铰点，E-斗杆油缸与斗杆铰点，F-动臂与斗杆铰接点，J-斗杆与铲斗铰点；

xoy平面也为挖掘平面，其坐标系设定为：o为坐标原点，位置在下车架的几何中心，x轴方向为指向铲斗方向，y轴方向为竖直向上。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

本发明主要研究对象为挖掘机工作装置，即包括动臂2、斗杆7和铲斗12三部分。动臂2其一端与挖掘机的回转平台1铰接，铰接点记为A点，动臂2另一端与斗杆7铰接，铰接点记为F点；斗杆7与铲斗12铰接于J点。动臂油缸15设置在动臂2下侧，其两端分别铰接在转台1和动臂2上，铰接点分别记为B点和C点；动臂2在动臂油缸15的驱动下绕A点执行起落动作。斗杆油缸4设置在动臂2上侧，其两端分别铰接在动臂2和斗杆7上，铰接点记为D点和E点，斗杆7在斗杆油缸4的驱动下绕F点转动。

xoy平面也为挖掘平面，其坐标系设定为：o为下车架的几何中心即为原点，x轴方向为指向铲斗方向，y轴方向为竖直向上。

在挖掘机实际工作过程中，如图1所示，在挖掘机实际工作过程中，采用在动臂油缸15、斗杆油缸4和铲斗油缸9上分别布置位移传感器14、5、11实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量时间历程；采用在动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的无杆腔布置压力传感16、3、8，在动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的有杆腔布置压力传感器13、6、10实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的无杆腔、有杆腔的压力时间历程。采用应变片实测挖掘机动臂3、斗杆13上的测点在挖掘机实际工作过程时的应力时间历程。测点总数记为P，本实施例中，挖掘机工作装置上共设置了6个测点，即P＝6。布置方式如图2所示。

本实施例给出一种挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：斗尖合力时间历程获取，

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量时间历程，进而获得工作姿态；

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的无杆腔和有杆腔的压力时间历程，计算求得动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的油缸力时间历程；

对挖掘机工作装置进行有限元分析，求解应力危险点，统计挖掘机工作装置实际工作中的易损坏点，在所述的应力危险点和易损坏点实测动臂、斗杆、铲斗在挖掘机工作过程中的应力时间历程；

对挖掘机动臂、斗杆、铲斗构建挖掘平面内的xoy坐标系，建立力学平衡方程，代入所述的工作姿态和油缸力时间历程，求解出斗尖力在挖掘平面内的斗尖合力时间历程；

所述的挖掘机工作装置包括动臂、斗杆、铲斗，所述的xoy坐标系中，o为挖掘机下车架几何中心即坐标原点，x轴指向铲斗方向，y轴竖直向上，所述的工作姿态包括挖掘姿态和卸载姿态，所述的伸缩量时间历程和压力时间历程测定时长相等且同时测定；

步骤二：确定挖掘机试验姿态，

抽取步骤一得到的斗尖合力时间历程中每个工作循环内斗尖合力的峰值对应的斗尖合力峰值时刻，采用所述的斗尖合力峰值时刻，对应抽取相同时间坐标系下动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量；

对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的动臂油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中动臂油缸的伸缩量定值；

对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的动臂油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中斗杆油缸的伸缩量定值；

对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的动臂油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中铲斗油缸的伸缩量定值；

所述的动臂油缸伸缩量记为l_动n，所述的斗杆油缸伸缩量记为l_斗n，所述的铲斗油缸伸缩量记为l_铲n，所述的工作循环的总数记为N，则n＝1,2,...,N，所述的试验姿态中动臂油缸的伸缩量定值记为L_动，所述的试验姿态中斗杆油缸的伸缩量定值记为L_斗，所述的试验姿态中铲斗油缸的伸缩量定值记为L_铲；

步骤三：获取疲劳试验最优加载角度，

抽取将步骤一中实测应力时间历程中每个工作循环下的应力峰值，对每个测点在每个工作循环内的所有应力峰值进行算术平均；

所述的应力峰值记为σ_j-nmax，其中j为第j个测点，j＝1，2，......，P；P为测点总数且等于所述的应力危险点和易损坏点数量之和，σ_j-M为第j个测点所有N个工作循环内的应力峰值的算术平均值；

将所有测点中σ_j-M最大的点作为基准测点，记为Q点，采用下式计算第j个测点的实测应力与Q点的应力的应力比例系数，记为λ_j，

针对挖掘机建立有限元模型，将步骤二中获取的L_动、L_斗、L_铲代入所建立的有限元模型，在xoy平面内，在铲斗中间斗齿尖端加载100KN的定值力，求解第j个测点的仿真应力；

采用下式计算第j个测点的仿真应力与Q点的仿真应力的仿真应力比例系数，记为λ'_j，

其中σ'_M为Q点的仿真应力，σ'_j为第j测点的仿真应力；

将所获得的第j测点的仿真应力与剩余所有测点的仿真应力进行拟合，求得第j测点的仿真应力比例关系，记为λ'_j(β)；

建立最优加载角度优化模型，目标函数，

约束条件，

λ'_j(β)≥λ_j；

根据约束条件，求解目标函数，求得最优加载角度β；

步骤四，获取挖掘机工作装置等效力时间历程，

建立挖掘机工作装置有限元模型，在铲斗中间斗齿的斗尖处加载5级定载荷，记为F₁、F₂、F₃、F₄、F₅，代入步骤二中获得的试验姿态的L_动、L_斗、L_铲和步骤三中获得的最优加载角度β，求解有限元模型，获得试验姿态和最优加载角度下测点Q处的仿真应力值，记为σ_{Q_1}、σ_{Q_2}、σ_{Q_3}、σ_{Q_4}、σ_{Q_5}；

将所述的5级定载荷和测点Q处的仿真应力值分组组合为(σ_{Q_1}，F₁)、(σ_{Q_2}，F₂)、(σ_{Q_3}，F₃)、(σ_{Q_4}，F₄)和(σ_{Q_5}，F₅)，并对每组数据进行线性拟合，求得k_等效；

根据下式计算斗尖最终等效力，

F_等效＝σ_实测·k_等效

其中，σ_实测为测点Q处实测获得的应力时间历程，k_等效为在工作姿态和最优加载角度下铲斗中间斗齿所加载的定载荷与Q仿真应力值的比值，F_等效为斗尖最终等效力；

所述的斗尖最终等效力的时间历程即为最终求得的挖掘机工作装置等效力时间历程。

本实施例还给出一种挖掘机工作装置疲劳试验谱的整理方法，该方法包括以下步骤：

a)获取挖掘机工作装置等效力时间历程，将等效力时间历程编制成挖掘机工作装置的八级程序谱；

b)对挖掘机工作装置的八级程序谱进行修正得到挖掘机工作装置最终疲劳试验谱；

所述的a)中，获取挖掘机工作装置等效力时间历程的方法采用如权利要求1或2所述的挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的步骤一中，采用油缸力时间历程、工作姿态结合D-H(Denavi-Hartenberg)法，不考虑偏载和侧载，通过对挖掘机工作装置各构件建立力学平衡方程求解斗尖力在挖掘平面，即xoy平面内的斗尖合力时间历程。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的步骤一中，还需要依次通过去除零漂值、去除奇异值、滤波、分段处理及平稳性查验的过程对上述过程中获得的伸缩量时间历程、无杆腔压力时间历程、有杆腔的压力时间历程和测点应力时间历程进行预处理，以获得可以利用的数据，进而通过计算，获得动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的油缸力时间历程；通过处理过后的伸缩量时间历程获得工作姿态；处理过后的测点应力时间历程作为进一步使用的测试数据。

作为本实施例的一种具体方案所述的定值力的加载范围为：以x轴方向作为起始，逆时针方向，每隔0°～10°加载一次，加载次数为至少5次。

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的挖掘机工作装置疲劳试验谱的整理方法的步骤a)通过如下方式进行：

获取挖掘机工作装置等效力时间历程，将等效力时间历程编制成挖掘机工作装置的疲劳试验八级程序谱；

获取挖掘机工作装置等效力时间历程的方法采用如上所述的挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法；

进一步的，将挖掘机工作装置等效力时间历程通过峰谷抽取、小载荷处理、雨流计数、Goodman变换、幅值概率分布参数估计、工况合成外推编制为挖掘机工作装置的八级程序谱；

作为本实施例的一种具体方案，本实施例的挖掘机工作装置疲劳试验谱的整理方法的步骤b)中所述的对挖掘机工作装置的八级程序谱进行修正，具体实现方式如下：

对步骤a)中获得的挖掘机工作装置疲劳试验八级程序谱进行损伤一致性修正，并最终编制为挖掘机工作装置疲劳试验谱，所述的损伤一致性修正采用如下方式：

根据所述的挖掘机工作装置的有限元模型，在确定的试验姿态和最优加载角度β下，在铲斗中间斗齿的斗尖处加载定载荷，求解所有P个测点实测应力值与定载荷的比例关系k_j，建立优化模型如下：

目标函数为：

约束条件为：D'_sj≥D_cj

其中f_i为挖掘机工作装置8级程序谱中的每级载荷幅值，i＝1,2,3,4,5,6,7,8，α为损伤一致性校准系数，D'_sj为校准后的载荷谱对测点造成的损伤，D_cj为实测载荷谱对P个测点造成的实际损伤，n_i为斗尖8级程序谱中每级载荷幅值所对应的频次；

求解上述优化模型，可解的α，利用此系数对每级幅值进行修正，得到最终加载谱。

更进一步的，挖掘机实际工作和疲劳谱测试过程中，需要在多种典型作业介质下进行，故各典型作业介质下所实测数据均按照本实施例中步骤一至步骤五进行处理，以计算各种典型作业介质下的挖掘机工作装置等效力时间历程，并作为相应工作介质下疲劳试验谱的编制数据基础。

Claims (3)

1.一种挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：斗尖合力时间历程获取，

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量时间历程，进而获得工作姿态；

实测动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的无杆腔和有杆腔的压力时间历程，计算求得动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的油缸力时间历程；

对挖掘机工作装置进行有限元分析，求解应力危险点，统计挖掘机工作装置实际工作中的易损坏点，在所述的应力危险点和易损坏点实测动臂、斗杆、铲斗在挖掘机工作过程中的应力时间历程；

对挖掘机动臂、斗杆、铲斗构建挖掘平面内的xoy坐标系，建立力学平衡方程，代入所述的工作姿态和油缸力时间历程，求解出斗尖力在挖掘平面内的斗尖合力时间历程；

所述的挖掘机工作装置包括动臂、斗杆、铲斗，所述的xoy坐标系中，o为挖掘机下车架几何中心即坐标原点，x轴指向铲斗方向，y轴竖直向上，所述的工作姿态包括挖掘姿态与卸载姿态，所述的伸缩量时间历程和压力时间历程测定时长相等且同时测定；

步骤二：确定挖掘机试验姿态，

抽取步骤一得到的斗尖合力时间历程中每个工作循环内斗尖合力的峰值对应的斗尖合力峰值时刻，采用所述的斗尖合力峰值时刻，对应抽取相同时间坐标系下动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的伸缩量；

对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的动臂油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中动臂油缸的伸缩量定值；

对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的斗杆油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中斗杆油缸的伸缩量定值；

对所抽取的所有工作循环中挖掘姿态下的铲斗油缸伸缩量进行算术平均，获取挖掘机试验姿态中铲斗油缸的伸缩量定值；

所述的动臂油缸伸缩量记为l_动n，所述的斗杆油缸伸缩量记为l_斗n，所述的铲斗油缸伸缩量记为l_铲n，所述的工作循环的总数记为N，则n＝1,2,...,N，所述的试验姿态中动臂油缸的伸缩量定值记为L_动，所述的试验姿态中斗杆油缸的伸缩量定值记为L_斗，所述的试验姿态中铲斗油缸的伸缩量定值记为L_铲；

步骤三：获取疲劳试验最优加载角度，

抽取将步骤一中实测应力时间历程中每个工作循环下的应力峰值，对每个测点在每个工作循环内的所有应力峰值进行算术平均；

所述的应力峰值记为σ_j-nmax，其中j为第j个测点，j＝1，2，......，P；P为测点总数且等于所述的应力危险点和易损坏点数量之和，σ_j-M为第j个测点所有N个工作循环内的应力峰值的算术平均值；

将所有测点中σ_j-M最大的点作为基准测点，记为Q点，采用下式计算第j个测点的实测应力与Q点的应力的应力比例系数，记为λ_j，

针对挖掘机建立有限元模型，将步骤二中获取的L_动、L_斗、L_铲代入所建立的有限元模型，在xoy平面内，在铲斗中间斗齿尖端加载100KN的定值力，求解第j个测点的仿真应力；

采用下式计算第j个测点的仿真应力与Q点的仿真应力的仿真应力比例系数，记为λ'_j，

其中σ'_M为Q点的仿真应力，σ'_j为第j测点的仿真应力；

将所获得的第j测点的仿真应力与剩余所有测点的仿真应力进行拟合，求得第j测点的仿真应力比例关系，记为λ'_j(β)；

建立最优加载角度优化模型，目标函数，

约束条件，

λ'_j(β)≥λ_j；

根据约束条件，求解目标函数，求得最优加载角度β；

步骤四，获取挖掘机工作装置等效力时间历程，

建立挖掘机工作装置有限元模型，在铲斗中间斗齿的斗尖处加载5级定载荷，记为F₁、F₂、F₃、F₄、F₅，代入步骤二中获得的试验姿态的L_动、L_斗、L_铲和步骤三中获得的最优加载角度β，求解有限元模型，获得试验姿态和最优加载角度下测点Q处的仿真应力值，记为σ_{Q_1}、σ_{Q_2}、σ_{Q_3}、σ_{Q_4}、σ_{Q_5}；

将所述的5级定载荷和测点Q处的仿真应力值分组组合为σ_{Q_1}，F₁、σ_{Q_2}，F₂、σ_{Q_3}，F₃、σ_{Q_4}，F₄和σ_{Q_5}，F₅，并对每组数据进行线性拟合，求得k_等效；

根据下式计算斗尖最终等效力，

F_等效＝σ_实测·k_等效

其中，σ_实测为测点Q处实测获得的应力时间历程，k_等效为在工作姿态和最优加载角度下铲斗中间斗齿所加载的定载荷与Q仿真应力值的比值，F_等效为斗尖最终等效力；

所述的斗尖最终等效力的时间历程即为最终求得的挖掘机工作装置等效力时间历程。

2.如权利要求1所述的挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法，其特征在于，所述的定值力的加载范围为：以x轴方向作为起始，逆时针方向，每隔0°～10°加载一次，加载次数为至少5次。

3.一种挖掘机工作装置疲劳试验谱的整理方法，该方法包括以下步骤：

a)获取挖掘机工作装置等效力时间历程，将等效力时间历程编制成挖掘机工作装置的八级程序谱；

b)对挖掘机工作装置的八级程序谱进行修正得到挖掘机工作装置最终疲劳试验谱；

其特征在于，所述的a)中，获取挖掘机工作装置等效力时间历程的方法采用如权利要求1或2所述的挖掘机工作装置等效力时间历程获取方法。

Images