回转油缸载荷谱的编制.pdf
第4 4 卷第6 期 2 0 1 9 年6 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 .4 4N o .6 J u n e 2 0 1 9 移动阅读 李旭.回转油缸载荷谱的编制[ J ] .煤炭学报,2 0 1 9 ,4 4 6 1 9 2 3 1 9 2 9 .d o i 1 0 .1 3 2 2 5 /j .c n k i .j C C S .2 0 1 8 .1 0 2 0 L IX u .L o a ds p e c t r u mc o m p i l a t i o no fr o t a r yc y l i n d e r [ J ] .J o u r n a lo f C h i n aC o a lS o c i e t y ,2 0 1 9 ,4 4 6 1 9 2 3 1 9 2 9 .d o i 1 0 .1 3 2 2 5 /j .c n k i .j C C S .2 0 1 8 .1 0 2 0 回转油缸载荷谱的编制 李旭1 ’2 1 .天地科技股份有限公司,北京1 0 0 0 1 3 ;2 .煤炭科学研究总院储装技术研究分院,北京1 0 0 0 1 3 摘要为得到掘进机回转油缸的疲劳载荷谱,i f , 0 用大容量数据记录仪 黑匣子 对回转油缸工作 载荷进行测取,采用幅值门限法去除载荷数据中的异常峰值点,对测取的载荷进行预处理,得到经 载荷平稳性和各态历经性检验的回转油缸拉动载荷样本数据。采用雨流计数法对回转油缸载荷样 本数据进行统计处理,结合大量统计分析经验,对幅值和均值概率分布分别作威布尔分布和正态分 布的假设,并对其幅值与均值的分布规律进行了研究,利用卡方检验,对幅值和均值的独立性进行 检验,针对均值提出了三模态正态概率分布模型。结果表明在检验水平0 .0 5 的条件下,回转油缸 拉动载荷的幅值和均值相互独立;幅值服从形状参数为1 .1 5 6 、尺度参数为3 .3 4 5 的威布尔分布; 提出的三模态正态概率分布模型,真实反映出均值的统计特征,实现回转油缸栽荷信息的准确识 别。为保留回转油缸全寿命周期内的工作载荷特征以反映工程实际,根据回转油缸推拉工况作业 时间比例,将回转油缸样本拉动栽荷数据的累积频次扩展到5 1 0 5 次循环,基于二维概率分布函 数,建立了回转油缸拉动载荷数据8 x 8 级幅均值二维载荷谱。根据疲劳累积损伤理论,应用G o o d . m a n 方法将幅均值二维载荷谱转化为回转油缸拉动栽荷数据8 级一维载荷谱,可为回转油缸疲劳 寿命预测及疲劳寿命试验提供理论基础。 关键词掘进机;回转油缸;载荷谱;雨流计数法;三模态 中图分类号T D 4 2 1 .5文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 1 9 0 6 1 9 2 3 0 7 L o a ds p e c t r u mc o m p i l a t i o no fr o t a r yc y l i n d e r L IX 一2 I .n o m 出S c i e n c e &T e c h n o l o g yC o .,n d .,B e i j i n g1 0 0 0 1 3 ,c i n a ;2 .S t o r a g e &L o a d i n gB r a n c ,啪i m t “m fR e s e a r c hI n s t i t u t e ,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ,C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oo b t a i nt h ef a t i g u el o a ds p e c t r u mo fr o t a r yc y l i n d e r ,t h es e r v i c el o a do fr o t a r yc y l i n d e rw a so b - t a i n e du s i n gl a r g ec a p a c i t yd a t ar e c o r d e r b l a c kb o x .A m p l i t u d et h r e s h o l dm e t h o dw a su s e dt or e m o v ea b n o r m a lp e a k p o i n t si nt h ed a t a .P r e t r e a t m e n tw a sc a r r i e do u to nt h em e a s u r e dl o a dt oo b t a i nt h es a m p l ed a t ao ft h er o t a r yc y l i n d e r p u l ll o a da f t e rt h et e s to fl o a ds t a b i l i t ya n de r g o d i c i t y .T h er o t a r yc y l i n d e rs e r v i c el o a ds a m p l ed a t aw a ss t a t i s t i c a l l yp r o c e s s e du s i n gt h er a i n f l o wc o u n t i n gm e t h o d .C o m b i n e dw i t hal o to fs t a t i s t i c a la n a l y s i se x p e r i e n c e ,t h eW e i b u l ld i s t r i b u - t i o no fa m p l i t u d ev a l u ea n dn o r m a ld i s t r i b u t i o no fm e a nv a l u ew e r ea s s u m e dr e s p e c t i v e l y .T h ed i s t r i b u t i o nl a wo fi t s a m p l i t u d ev a l u ea n dm e a nv a l u ew a ss t u d i e d ,a n dt h ei n d e p e n d e n c eo fa m p l i t u d ev a l u ea n dm e a nv a l u ew a st e s t e db y C h i s q u a r et e s t .A n dt h et h r e e - m o d a ln o r m a lp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o nm o d e lw a sp r o p o s e df o rt h em e a nv a l u e .T h er e s u i t ss h o wt h a tt h ea m p l i t u d ea n dt h em e a no fr o t a r yc y l i n d e rp u l ll c a da r ei n d e p e n d e n ti nt h ec o n d i t i o no f0 .0 5t e s t l e v e l .T h ea m p l i t u d ea c c o r d sw i t ht h eW e i b u l ld i s t r i b u t i o nw i t has h a p ep a r a m e t e ro f1 .15 6a n das c a l ep a r a m e t e ro f 3 .3 4 5 .T h ep r o p o s e dt h r e e .m o d a ln o r m a lp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o nm o d e lr e f l e c t st h es t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h e 收稿日期2 0 1 8 0 8 0 1修回日期2 0 1 9 一O l 一0 4责任编辑郭晓炜 基金项目中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项青年资助项目 2 0 1 8 Q N 0 2 1 ;天地科技股份有限公司科技创新创业资金重点资 助项目 2 0 1 8 - T D - Z D 0 0 6 作者简介李旭 1 9 8 8 一 .女,河北石家庄人,博士研究生。T e l 0 1 0 8 4 2 6 4 2 5 8 ,E m a i l l i x u a y z 1 2 6 .t o m 万方数据 1 9 2 4 煤炭 学报 2 0 1 9 年第4 4 卷 m e a na n dr e a l i z e st h ea c c u r a t ei d e n t i f i c a t i o no ft h el o a di n f o r m a t i o no fr o t a r yo i lc y l i n d e r .I no r d e rt ok e e pt h ew o r k i n g l o a dc h a r a c t e r i s t i c so ft h er o t a r yc y l i n d e ri nt h ew h o l el i f ec y c l e ,t h ec u m u l a t i v ef r e q u e n c yo fr o t a r yc y l i n d e rp u l ll o a d s a m p l ed a t aw a se x t e n d e dt o5 xlO ’c y c l e sa c c o r d i n gt ot h ep r o p o r t i o no fr o t a r yc y l i n d e ro p e r a t i n gt i m e ,t h et w o d i m e n s i o n a ll o a ds p e c t r u mw i t h8x 8l e v e l so fr o t a r yc y l i n d e ri np u l lc o n d i t i o nw a se s t a b l i s h e du s i n gt w o d i m e n s i o n a lp r o b a - - b i l i t yd i s t r i b u t i o nf u n c t i o n .B a s e do nf a t i g u ec u m u l a t i v ed a m a g et h e o r y ,t w o d i m e n s i o n a ll o a ds p e c t r u mc h a n g e di n t o o n e d i m e n s i o n a ll o a ds p e c t r u mw i t h8l e v e l so ft h er o t a r yc y l i n d e rp u l ll o a du s i n gt h eG o o d m a nm e t h o d ,w h i c hc a np r o v i d et h eb a s i so ft h ef a t i g u el i f ep r e d i c t i o na n df a t i g u el i f et e s t i n g . K e yw o r d s r o a d h e a d e r ;r o t a r yc y l i n d e r ;l o a ds p e c t r u m ;r a i n f l o wc o u n t i n gm e t h o d ;t h r e e m o d a l 机械断裂事故中约8 0 %为机械的疲劳失效问 题J ,机械零部件疲劳载荷谱的编制是机械设计及 疲劳寿命分析的基础旧qJ ,因此对机械零部件进行疲 劳载荷谱编制具有重要意义。 目前关于航空、汽车、船舶、农业机械等领域的载 荷谱研究取得了一定成果文献[ 4 ] 根据飞机起落架 的着陆方式,提出一种飞机起落架载荷谱编制的新方 法;文献[ 5 ] 以某轿车摆臂载荷为对象,提出一种考 虑强化载荷的载荷谱编制方案;文献[ 6 ] 利用随机非 线性疲劳裂纹样本,编制出船舶结构载荷加载谱;文 献[ 7 ] 根据采集的典型工况的传动载荷信号,利用分 段处理方法,对装载机传动系的载荷谱进行编制。而 针对煤矿机械,尤其是掘进机油缸的实测载荷谱研究 相对匮乏。 掘进机是煤矿井下综掘工作面重要的工作设备, 其摆动截割动作主要依靠液压油缸得以实现,井下恶 劣的工作环境和复杂多变的外载荷往往会导致油缸 发生疲劳失效。油缸载荷谱可以反映油缸工作载荷 情况,是油缸疲劳强度计算和可靠性分析的前提和依 据,是对油缸进行计算机辅助设计的先决条件,也是 作为理论分析和疲劳试验的基础。 笔者利用前期研发的大容量数据记录仪 黑匣 子 ,解决了煤矿井下无法长期采集掘进机工作数据 这一行业难题L 8J ,成功获取掘进机在井下长达2 个月 的工作载荷数据。对采集到的E B Z l 6 0 型掘进机回 转油缸压力数据进行提取处理和雨流计数统计,得到 回转油缸载荷幅值与均值的分布规律,并绘制出回转 油缸载荷谱。本文研究可为E B Z l 6 0 型掘进机回转 油缸载荷值的模拟提供数据基础,还可为油缸的疲劳 试验提供载荷信息,这些基础信息对油缸寿命预测与 设计具有重要意义。 存的掘进机相关工作载荷数据成为可能。压力变送 器与黑匣子通过掘进机的主控单元相连接,利用压力 变送器测取油缸油压载荷数据,通过掘进机主控单元 传输到黑匣子中存储旧J 。由于掘进机电控箱空间有 限,将黑匣子和本安电源放置在本安型控制箱中,安 装在掘进机司机驾驶位置的后方,如图1 所示。测试 的E B Z l 6 0 掘进机服役于冀中能源邢东矿11 0 0 南部 采区集中配电巷,巷道为全煤巷,经过2 个月井下的 数据采集存储,获得了大量有效工作载荷数据。 机驾驶位置 电控车} 图1 黑匣子的安装位置 F i g .1 I n s t a l ll o c a t i o no fb l a c kb o x 考虑到在油缸内直接加装油压传感器会引起油 缸漏油,这样会给掘进机使用带来很大麻烦,所以采 取在油路里加装压力变送器的方法来采集油压载荷。 根据井下煤安规程,采用B Y D - 6 0 型矿用隔爆型压力 变送器,如图2 所示,回转油缸载荷测试连接方案如 图3 所示。截割头水平摆动截割工作时,压力变送器 能够分别检测到回转油压载荷并采集,对于左右2 个 回转油缸而言表现为推动回转台与拉动回转台交替 运动,左右2 个回转油缸工作原理相同且结构上呈对 称分布⋯,分析其中一个即可,本文选取左回转油缸 载荷进行分析。 1 载荷数据的测取2 载荷数据的预处理 由于煤矿井下特殊的环境,并不是所有的载荷类 型都能直接测取和存储。在前期研发的大容量数据 记录仪 黑匣子 逐渐成熟的基础上,实时采集和储 测试系统的工作环境十分恶劣,因此测取的数据 中不可避免的存在异常峰值点⋯。12 | ,这些异常峰值 点会严重干扰数据的分析。为了获取反映回转油缸 万方数据 第6 期李旭回转油缸载荷谱的编制 图2 压力变送器实物 F i g .2 P r e s s u r et r a n s m i t t e rp i c t u r e E B Z l 6 0 型掘进机回转油缸 左k u 湖幽 右 囚 /\尸j l 臾1 由 占枷1 占 l 扒 P3。- 口 C U 』 o o A ,一油缸内无杠腔面积 A 。一油缸内有杠腔面积 J p ,一对应无杠腔的油缸 工作时测取的油路 中的油压 只一对应有杠腔的油缸 工作时测取的油路 中的油压 P j 一油缸无杠腔出口处 的油压 尸一油缸有杠腔出口处 的油压 图3回转油缸载荷测试方案连接 F i g .3 L o a dt e s ts c e n a r i oo fr o t a r yc y l i n d e r 载荷变化规律的真实信号,根据数据的特点,采用幅 值门限法去除信号中的异常峰值点,为后续载荷数据 分析和载荷谱编制奠定基础。 图4 为测取的回转油缸拉动载荷时间历程 图 局部 ,数据的采样频率为1H z 。 囊粪2 F 工[ 面函正五日而习 警尝一2 0 L 一 霎藿瓯j 疏] 可i 面五正而 荽兰一2 0L 。.。.。J 三罨 b1 象。匹砸亟而巫巫 晕磊磐一 薹霉。卜似k J 叽州k 巾Ⅷ。w 叫 图4 测取的回转油缸拉动载荷时间历程图 局部 F i g .4 T i m eh i s t o r yo fr o t a r yc y l i n d e rp u l ll o a d p a n 为获得回转油缸载荷谱,必须对测取的载荷进行 预处理,提取工作时回转油缸载荷的时间历程,由于 压力变送器测得的工作载荷位于平衡阀之后,根据平 衡阀工作原理3 | ,测得的大于5M P a 的载荷才为真 正的工作载荷,同时掘进机停机段、截割头空载段及 工作异常段等无效数据需剔除。为使获得的载荷谱 具有典型性、概括性和集中性,提取的载荷时间历程 必须具有足够的代表性,尽可能在统计上使可能发生 的重要事件得到充分地呈现H4 | 。 对回转油缸拉动载荷数据进行预处理之后,取3 组等时间长度的载荷数据进行时域统计,见表1 。 表13 组回转油缸拉动载荷的时域统计 T a b l e1 T h r e es e t so ft i m e - d o m a i ns t a t i s t i c so fr o t a r y c y l i n d e rp u l ll o a d 由表1 可知,3 组回转油缸拉动载荷数据的均值 和标准差变化不大,基本保持在一个稳定水平,由此 可以判断回转油缸载荷数据是平稳的。掘进机工作 时回转油缸运动过程较简单,拉动一静止一推动交替 循环进行,由此可以判断回转油缸载荷数据是各态历 经的。由油缸载荷的平稳性和各态历经性检验得知, 可以任取一个时间足够长或作业次数足够多的油缸 载荷样本在一定统计误差下代替母体,预处理后的回 转油缸拉动载荷样本数据如图5 所示。 蛊2 曩z 薯 聋 曩 回 图5预处理后的回转油缸拉动载荷样本数据 F i g .5P r e - p r o c e s s e ds a m p l ed a t ao fr o t a r yc y l i n d e rp u l ll o a d 3 随机载荷历程的统计处理 油缸在工作过程中,每次测得的载荷时间历程都 不相同,由于这种不确定性,无法将该结果直接应用 于理论分析和工程实践,所以需对预处理后的载荷样 本数据进行统计处理,得到反映油缸载荷变化规律的 真实历程。 3 .1 基于雨流计数法的统计计数 计数法分为单参数计数法和双参数计数法,单参 数计数法操作简单,但在计数中会丢失载荷的先后次 序、载荷中值等一些有价值的参数,在疲劳寿命预测 万方数据 煤炭学报 2 0 1 9 年第4 4 卷 时精度会受到较大影响,因此选用双参数计数法。雨 流计数法作为一种应用广泛的双参数计数法。15 I ,在 计数原理上与工作载荷对金属零部件的循环应力应 变较相似,因此采用雨流计数法对回转油缸载荷样本 数据进行统计计数。 雨流计数法的主要步骤为数据压缩和循环数提 取6 I ,其中数据压缩把原始载荷数据处理成便于统 计循环数的数组,在进行数据压缩时样本数据中最重 要的信息是转折点处载荷的峰谷值大小和顺序,通常 连续的随机载荷过程与载荷历程的时间是没有关系 的- 1 川,转折点数据可描述真实载荷序列,提取转折点 压缩载荷数据是进行载荷统计计数的前提,提取转折 点的原理如图6 所示。 图6 转折点提取原理 F i g .6 S c h e m a t i co ft u r n i n gp o i n te x t r a c t i o n 对压缩处理后的回转油缸拉动载荷进行循环数 提取,得到雨流计数矩阵,即幅值、均值与频次联合分 布的三维柱状图,如图7 所示。 1 5 1 0 蟋 曝5 O 图7回转油缸拉动载荷雨流矩阵 F i g .7 R a i n f l o wm a t r i xo fr o t a r yc y l i n d e rp u l ll o a d 3 .2 幅均值概率分布及检验 为进行载荷频次外推,需得到随机载荷总体的概 率分布函数。根据雨流计数矩阵获得随机载荷峰值 与均值的累计频次直方图,结合大量统计分析经验, 对幅值和均值概率分布分别作威布尔分布和正态分 布的假设。 采用威布尔概率纸图解法对幅值数据进行威布 尔分布检验,如图8 所示,根据检验结果幅值服从威 布尔分布。 图8 载荷幅值威布尔分布检验 F i g .8 W e i b u l ld i s t r i b u t i o nt e s tf o rl o a da m p l i t u d e 载荷幅值用变量石表示,其概率分布密度函数为 f x , 詈 彳 一唧【一 彳 ] ㈩ 式中,“为威布尔分布形状参数;/3 为威布尔分布尺 度参数;s 为威布尔分布阈值参数。 在M a t l a b 中对幅值进行威布尔分布拟合,如图9 所示。得到幅值分布参数的估计值,在9 5 %置信区 问内,幅值服从形状参数为1 .1 5 6 ,尺度参数为3 .3 4 5 图9 载荷幅值的频次直方图与概率分布拟合 F i g .9F r e q u e n c yh i s t o g r a ma n dp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o nf i t o f l o a da m p l i t u d e 利用非参数检验副对均值进行检验是否服从正 态分布,h 0 表示接受正态分布,说明均值服从正态 分布。在M a t l a b 中对均值进行正态分布拟合,发现 拟合曲线并不能很好的包括靠近极大值的数据,为使 编制的载荷谱更能代表油缸真实工作情况,进一步对 回转油缸载荷均值~频次直方图进行分析,发现存在 多个均值出现频次集中的现象,因此提出一种三模态 正态概率分布模型来描述的回转油缸载荷均值,用变 量Y 表示载荷均值,其概率分布密度函数为 f y ,2 ;3 焘唧【- ≮等】㈦ 式中,叫i 为权重系数,具有约束关系叫。 伽 伽。 1 ;肛i 为第i 个正态分布均值;o r 。为第i 个正态分布的标准 差。 根据频次直方图形状给出模型的初始参数,以全 万方数据 第6 期 李旭回转油缸载荷谱的编制 局最优化为目标,采用最小二乘迭代算法对回转油缸 载荷均值非线性拟合,得到如图l O 所示的拟合曲线 和表2 所示的模型参数,拟合曲线可以较好的反映载 荷均值统计特征,并呈现出显著的三模态正态分布。 3 0 妪 嚣2 0 1 0 O盛l N 一 01 5 均值/M P a 图1 0 载荷均值的频次直方图与三模态分布拟合 F i g .1 0F r e q u e n c yh i s t o g r a ma n dt h r e em o d a ld i s t r i b u t i o nf i t t i n g o f l o a dm e a n 表2 载荷均值的三模态分布拟合结果 T a b l e2T h r e em o d a ld i s t r i b u t i o nf i t t i n gr e s u l to fl o a dm e a n 模型参数 参数值模型参数参数值 “一0.50盯,O .9 3 肛l 8 .4 8加10 .0 9 G r l 1 .9 6 p 3 1 8 .7 1 W 2 0 .4 l盯10 .6 6 № 1 3 .2 8 利用卡方检验9 | ,对幅值和均值的独立性进行 检验,原假设为H 。菇与Y 相互独立。将幅值和均值 分级,幅值分为r 级,n , i 1 ,2 ,⋯,r 表示幅值落在 第i 级的频次;均值分为s 级,h i j 1 ,2 ,⋯,s 表示均 值落在第- 『级的频次;n 。表示幅值落在第i 级、均值 落在第,级的频次;n 为样本容量。若H 。成立,则应 该满足下式 生。生.生 3 n凡凡 构造统计量 x 2 主i 1 i1i 耋1 虹考I t i /筹 ㈩ ,B i,‘ 根据P e a r s o n 定理,若凰成立,则当n 一∞时,x 2 的分布收敛到x 2 r 一1 s 一1 。至少在样本容量n 较大的时候,可近似地认为x 2 ~x 2 r 一1 S 一1 ,从 而构造否定域。事实上,当凰成立时,x 2 不应该太 大,所以给定检验水平a ,否定域为{ X 2 魂 r 一1 s 一 1 } 。以回转油缸拉动载荷为例进行计算,r S 1 5 ,取O L 0 .0 5 ,查x 2 分布概率表得尬20 5 1 9 6 2 2 9 .6 6 3 。统计量的观测值为 x 2 兰i 1j 兰 l 警矧2 .4 8 ㈥ 因为 x 2 ‰20 5 1 9 6 6 故在检验水平0 .0 5 条件下,原假设H 。成立,得 到z 和Y 相互独立,故幅均值联合概率分布密度为 以z ,Y 以z 以Y 7 4 载荷谱的编制 4 .1 幅均值二维谱的编制 由于被测的载荷数据只能代表油缸设计寿命中 很小的一部分,它不足以代表母体中少数最大载荷的 发生情况,因此编制载荷谱时有必要对载荷频次进行 外推。经验理论一般认为1 0 0 次载荷循环对于包括 很少发生的最严重情况在内的全部载荷具有足够的 代表性,相当于疲劳极限寿命,因此必须对回转油缸 载荷数据合成的累积频次扩展到1 0 6 次循环,以便得 到在总寿命中可能出现的更加真实的载荷历 程心0 。2 1 】。回转油缸载荷由拉动和推动载荷共同组 成,推拉工况作业时间比例约为1 1 ,故拉动和推动 载荷各自累积频次扩展到5 1 0 5 次循环。样本拉动 载荷的频次通过式 8 外推到整个生命周期。 N 7 k N 8 式中,Ⅳ’为外推后的拉动载荷累积频次数;N 为测试 样本的拉动载荷频次数;k 为扩展倍数,其中丘 5 1 0 5 /Ⅳ.,Ⅳ。为测试拉动载荷样本雨流计数后的载荷 循环。 由于载荷幅值和均值相互独立,并分别服从威布 尔分布和正态分布,因此求载荷的极值就可以转化为 求幅值和均值的极值,幅值与均值的极值计算公式如 式 9 , 1 0 所示。 幅值极值 z 。。。 s /3 , 7 一I nP 9 式中,P 为回转油缸拉动载荷频率密度函数与极值发 生概率。 均值极值 3 Y 。。。2 ∑∞。 肛巾o r 。 p i 1 0 式中,肛细为第i 个正态分布的标准正态偏差。 C O N O V E R 旧2o 发现将载荷谱分成8 级可以精确 地反映其疲劳效应,采用8 级载荷等级可以较好地代 表连续载荷累积频数曲线,由于较大的载荷幅值对疲 劳寿命影响较大,因而分级时把较大幅值分得密些。 根据式 9 , 1 0 分别得到幅、均值的极值后,对幅值 采用不等间隔分级法分为8 级,对均值采用等间隔分 级法分为8 级,根据式 1 1 得到对应幅均值的各级 循环次数r t ,形成8 8 级二维载荷谱,表3 为回转油 万方数据 煤炭学报 2 0 1 9 年第4 4 卷 缸拉动载荷二维载荷谱。 n Ⅳ7 ff八戈,ydxdyfa2 f r 0 2 on Io ,n 1 式中,n 为对应幅均值的各级循环次数;o 。,o 分别为 1 1 、 载荷幅值的积分上、下限;m ,,,n 分别为载荷均值的 积分上、下限以戈,Y 为幅均值联合概率分布密度。 表3回转油缸拉动载荷数据二维载荷谱 频次 T a b l e 3T w o - d i m e n s i o n a ll o a ds p e c t r u mo ft h er o t a r yc y l i n d e rp u l ll o a d 1 .5 4 ,5 7 .5 1 0 .5 1 3 ,5 1 6 .5 1 95 2 2 .5 8 2 20 6 7 1 72 3 6 4 67 3 l 4 l5 6 2 1 21 7 4 11 5 0 3 2 4 .2 疲劳试验程序加载谱的编制 国内疲劳试验多采用程序疲劳试验,根据疲劳累 积损伤理论,以外推后的雨流计数矩阵 幅均值二维 载荷谱 为数据基础,编制程序加载谱。八级程序载 荷谱是典型的程序加载谱。载荷幅值的大小是疲劳 损伤的主要决定因素,在很大程度上反应了疲劳寿命 估算和疲劳试验结果的可靠性与准确性,采用G o o d m a n 等寿命方法,将二维载荷谱等效为均值为0M P a 的一维程序加载谱。等效方程为 瓦P a P P m 。 1 1 2 Pe 。P b 一 式中,P 。为载荷幅值;P 。。为等效载荷幅值;P 。为载 荷均值;P 。为极限压力载荷。 等效载荷幅值采用非等间隔法分为8 级,8 级载 荷水平的大小是由等效载荷幅值最大值乘比例系数 得到的 P , B P 。⋯。 J l ,2 ,3 ,⋯,8 1 3 式中,P ,为各级载荷幅值;P 。。。为等效载荷幅值最 大值;p ,为比例系数,通常设为1 ,0 .9 5 ,0 .8 5 ,0 .7 2 5 , 0 .5 7 5 ,0 .4 2 5 ,0 .2 7 5 ,0 .1 2 5 [ 23 I 。 根据式 1 2 将幅均值二维载荷谱中的每个载荷 循环次数进行等效转换,成为对称载荷循环;然后,对 转换后的循环进行累积计数,形成每个载荷幅上的累 积循环数;最后,根据式 1 3 将连续累计曲线转换为 8 级程序加载谱,得到等效幅值和频次。回转油缸拉 动载荷数据一维程序加载谱见表4 。 转油缸载荷基于时间的一维工作载荷谱,真实地再现 了煤矿井下载荷的复杂性与随机性。 表4回转油缸拉动载荷数据一维载荷谱 T a b l e4O n e - d i m e n s i o n a ll o a ds p e c t r u mo ft h er o t a r y c y l i n d e rp u l ll o a d 2 基于雨流计数法,统计分析得到回转油缸拉 动载荷幅值服从形状参数为1 .1 5 6 ,尺度参数为 3 .3 4 5 的威布尔分布,拟合出均值的三模态正态概率 分布模型,实现回转油缸载荷信息的准确识别。利用 卡方检验,得到在检验水平0 .0 5 的条件下,幅值和均 值相互独立。 3 根据回转油缸推拉工况作业时间比例进行 频次外推,利用二维概率分布函数,编制了回转油缸 拉动载荷8 8 级二维载荷谱。通过工况合成与等效 转换,编制了疲劳试验加载谱,为回转油缸疲劳寿命 试验提供加载条件,为回转油缸疲劳设计提供依据。 。冲, 参考文献 R e f e r e n c e s 3 三肓1 匕 [ 1 ]叶南海.机械疲劳寿命预测与可靠性设计关键技术研究[ D ] .长 1 利用黑匣子采集到掘进机回转油缸载荷数 沙湖南大学,2 0 1 2 . 据,通过对载荷时间历程进行分析和预处理,得到回 Y EN a n h a i .K e yt e c h n o l o g yr e s e a r c hf o rm e c h a n i s mf a t i g u el i f ep r e . O O ●3 2 ●O O O ●6 拍H 4 O Oo,舵⋯Ⅲ∞,o 。笛姗姗蹴懈H o,啪啷m懈瑚研 l 2 2 殂Ⅲ一一一一狮。攒一一一一一一帅 万方数据 第6 期 李旭回转油缸载荷谱的编制 1 9 2 9 d i c t i o na n dr e l i a b i l i t yd e s i g n [ D ] .C h a n g s h a H u n a nU n i v e r s i t y , 2 0 1 2 . [ 2 ] 高云凯,徐成民,方剑光.车身台架疲劳试验程序载荷谱研究 [ J ] .机械工程学报,2 0 1 4 ,5 0 4 9 2 9 8 . G A OY u n k a i ,X UC h e n g m i n ,F A N GJ i a n g u a n g .S t u d y0 nt h e p r o - g r a i n e dl o a ds p e c t r u mo ft h eb o d yf a t i g u eb e n c ht e s t [ J ] .J o u r n a l o fM e c h a n i c a lE n 舀n e e r i n g ,2 0 1 4 ,5 0 4 9 2 9 8 . [ 3 ] M I K H E E V S K I YS ,G L I N K AG ,L E EE ,F a t i g u ec r a c kg r o w t ha n a l y s i su n d e rs p e c t r u m l o a d i n g i nv a r i o u se n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s [ J ] .M e t a l l u r g i c a l &M a t e r i a l sT r a n s a c t i o n sA ,2 0 1 3 ,4 4 3 1 3 0 1 一 1 3 1 0 . [ 4 ] 刘克格,闫楚良飞机起落架载荷谱实测与编制方法[ J ] .航空 学报,2 0 1 l ,3 2 5 8 4 1 8 4 8 . L I UK e g e ,Y A NC h u l i a n g .L o a dm e a s u r e m e n ta n dc o m p i l a t i o no f l a n d i n gg e a ro fa i r p l a n e [ J ] .A c t aA e r o n a u t i c a e tA s t r o n a u t i c aS i n i c a , 2 0 11 ,3 2 5 8 4 1 8 4 8 . [ 5 ]郑松林,梁国清,王治瑞,等.考虑低幅锻炼载荷的某轿车摆臂 载荷谱编制[ J ] .机械工程学报,2 0 1 4 ,5