一种挖掘机工作装置载荷谱测试方法与流程

技术特征：

1.一种挖掘机工作装置载荷谱测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在挖掘机的动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸上分别布置位移传感器，在动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸的大腔和小腔中分别布置压力传感器；位移传感器分别用于测取三个液压缸的伸缩量数据，而压力传感器分别用于测取三个液压缸的大腔、小腔的压力数据；

步骤二，利用一个虚拟平面对挖掘机的斗杆进行截切，计算截切下来的脱离体的重力，并通过测量挖掘机工作装置的姿态参数来计算脱离体的重心位置；

步骤三，在斗杆上布设三个应变花，应变花的布设位置与所述的虚拟平面对斗杆进行截切而形成的截切面位于同一个平面；通过三个应变花测试的应变来推导出截切面的内力分量；

步骤四，在挖掘机整个工作循环过程中，实时采集以上位移传感器、压力传感器以及应变花的测量数据，然后结合挖掘机工作装置的结构尺寸，由所述的截面内力分量根据力的平衡关系计算出铲斗斗尖荷载时间历程，由载荷时间历程即可编制工作装置载荷谱。

2.如权利要求1所述的挖掘机工作装置载荷谱测试方法，其特征在于，所述的位移传感器采用拉线式位移传感器，位移传感器的一端固定在动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸的缸筒上，另一端固定在与液压缸活塞杆铰接的销轴轴心处，安装时调整位移传感器的位置使位移传感器的拉线与动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液压缸平行。

3.如权利要求1所述的挖掘机工作装置载荷谱测试方法，其特征在于，所述的截切面位于斗杆上无应力集中处，且截切面垂直于斗杆纵向的中心轴线。

4.如权利要求1所述的挖掘机工作装置载荷谱测试方法，其特征在于，所述的步骤二中，截切下来的脱离体包括铲斗、连杆、摇杆和部分斗杆，其中铲斗、连杆和摇杆的重力可直接测得，重心通过吊重法测得；所述的部分斗杆的重力和重心通过软件计算得到；得到铲斗、连杆、摇杆和部分斗杆的重力、重心后，再通过质心定理，可确定脱离体的总质心位置。

5.如权利要求1所述的挖掘机工作装置载荷谱测试方法，其特征在于，所述的应变花包括1号应变花、2号应变花和3号应变花，其中1号应变花、2号应变花分别布置在斗杆左右腹板外表面，并通过所述的截切面水平中性轴；3号应变花布置在斗杆下翼缘板外表面，并通过截切面的垂直中性轴。

6.如权利要求1所述的挖掘机工作装置载荷谱测试方法，其特征在于，所述的内力分量有六个，分别为轴向力F_x，水平平面内外力F_y，垂直平面内外力F_z，轴向力矩M_x，水平面内力矩M_y，垂直平面内力矩M_z；截面内力通过以下表达式计算：

[F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z]^T＝N^-1[σ₁,τ₁,σ₂,τ₂,σ₃,τ₃]^T

式中，N为截面应力与截面内力的关系矩阵，通过有限元分析软件拟合得到；σ_i和τ_i为第i号应变花测得的应变合成的轴向正应力和横向剪应力，i＝1,2,3。

7.如权利要求1所述的挖掘机工作装置载荷谱测试方法，其特征在于，所述的步骤四中铲斗斗尖载荷时间历程的计算公式为：

$\left[\begin{array}{c}{F}_{x0}\\ F_{y0}\\ F_{z0}\\ M_{x0}\\ M_{y0}\\ M_{z0}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}\cos \left({\mathrm{\β}}_2\right)& 0& \sin \left({\mathrm{\β}}_2\right)& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ -\sin \left({\mathrm{\β}}_2\right)& 0& \cos \left({\mathrm{\β}}_2\right)& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \cos \left({\mathrm{\β}}_2\right)& 0& \sin \left({\mathrm{\β}}_2\right)\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& -\sin \left({\mathrm{\β}}_2\right)& 0& \cos \left({\mathrm{\β}}_2\right)\end{array}\right]\left({\left[\begin{array}{cccccc}-1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& -1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -1& 0& 0& 0\\ 0& \stackrel{\‾}{{\mathrm{QR}}_{1Z}}& 0& -1& 0& 0\\ -\stackrel{\‾}{{\mathrm{QR}}_{1Z}}& 0& \stackrel{\‾}{{\mathrm{QR}}_{1X}}& 0& -1& 0\\ 0& -\stackrel{\‾}{{\mathrm{QR}}_{1X}}& 0& 0& 0& -1\end{array}\right]}^{-1}\left(\left[\begin{array}{c}{F}_x\\ F_y\\ F_z\\ M_x\\ M_y\\ M_z\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}-F_{Lx}-G_{rx}\\ 0\\ -F_{Lz}-G_{rz}\\ 0\\ -F_{Lx}\·\stackrel{\‾}{R_1{R}_2}-G_{rx}\·Z+G_{rz}\·X\\ 0\end{array}\right]\right)\right)$

上式中，F_x0,F_y0,F_z0,M_x0,M_y0,M_z0为斗尖力六个分量在基础坐标系下的表达参数；基础坐标系为设置在挖掘机基座上的坐标系，x方向为水平方向，z方向为竖直方向；β₂为斗杆坐标系与基础坐标系的夹角，斗杆坐标系为设置在斗杆上的坐标系，斗杆坐标系的原点与斗杆、斗杆液压缸的铰接点重合，x方向与斗杆纵向中心轴线重合，指向铲斗；F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z为测试截面内的六个内力分量在斗杆坐标系下的表达参数；F_Lx，F_Lz为铲斗液压缸力在斗杆坐标系下沿x，z方向的分量；G_rx，G_rz为脱离体总重力在斗杆坐标系下沿x，z方向的的分量；为斗尖与截切面中心的距离在斗杆坐标系下沿x，z方向的分量；为截切面中心与铲斗液压缸在斗杆坐标系下z方向的距离；X，Z为脱离体重心与截切面中心的距离在斗杆坐标系下沿x，z方向的分量。