基于足尺加速试验的挖掘机动臂疲劳断裂分析

为了分析动臂正常服役期间疲劳断裂的原因,提出了动臂台架疲劳试验方案,并基于疲劳关键点损伤复现一致性原则将实测铰点多向载荷等效为单向加载载荷,且由等效载荷引起的动臂疲劳关键点计算损伤与各测点实测应力疲劳累积损伤均处于同一个数量级,相对误差在8%以内;采用由等效单向加载载荷时间历程编制而成的五级加速试验程序谱,开展了四台大中型挖掘机动臂的足尺加速加载疲劳试验,并对疲劳破坏断口进行了扫描电镜分析,结果表明,动臂疲劳寿命离散性较大,疲劳裂纹源自未焊透、未熔合、气孔等焊接缺陷引起的应力集中点,根据台架试验结果对其中一台动臂焊缝结构细节进行有针对性的改进后,疲劳寿命至少提高了1.5倍。常用国际焊接标准中BS7608-2015、IIW-2008和AWS-2015标准预测寿命比较接近,且与第2、3台动臂的台架疲劳试验结果接近,而欧洲标准EN-2005预测寿命偏长。所提台架疲劳试验能有效检验出动臂等类似结构疲劳强度薄弱部位,为结构改进提供有价值的参考。

液压挖掘机工作装置铰点实测载荷特征研究

为了定量分析实际工况下铰点载荷特征,为关键零部件载荷谱整理提供方法和依据,以XE215G中型挖掘机为研究对象,采用两种方法获取铰点载荷:第一种方法采用三维销轴力传感器,直接实测铲斗与斗杆铰点处的正载、侧载和偏载,采用连杆力传感器实测连杆力,利用力学平衡方程计算其余铰点载荷;第二种方法利用实测的动臂、斗杆和铲斗油缸压力和位移数据,通过建立动力学模型间接计算所有铰点载荷。同时测试动臂、斗杆大应力部位的应力-时间历程。两种方法获取的铰点载荷吻合较好,表明测试数据比较可靠。针对方法一所得铰点载荷,计算大应力测点疲劳损伤在考虑和不考虑侧载及偏载时的相对偏差,结果表明,除了损伤明显小的测点外,其余测点损伤相对偏差不超过6.98%,表明侧载和偏载对结构损伤的影响较小。针对方法二所得铰点载荷,利用载荷-应力传递系数获取结构大应力测点的计算应力,并与对应测点实测应力对比,结果表明,各测点两种应力曲线吻合较好,且各测点的计算损伤相对实际损伤的最大偏差为8.33%,表明方法二所得铰点载荷可以较好的复现结构大应力测点的应力及损伤。在正常工作条件下,挖掘机工作装置铰点载荷可以近似不考虑侧载和偏载的影响,而采用简易可行的测量油缸压力和位移的方法获得。

基于Bayes方法的挖掘机动臂疲劳寿命可靠性评估

针对某型号中型挖掘机动臂在极小样本下的可靠性试验评估问题,基于挖掘机工作装置的疲劳寿命服从对数正态分布,结合单子样挖掘机动臂的疲劳试验数据,利用贝叶斯(Bayes)方法对其寿命可靠性进行了评估,给出了可靠度函数、失效分布函数、失效率函数等可靠性指标,获得了动臂结构在75%置信度、95%可靠度下的疲劳寿命为4071.6小时。为验证评估方法的准确性和有效性,采用了国际焊接协会(IIw)标准对动臂疲劳试验发生裂纹的结构细节进行了疲劳寿命评估,得到相同条件下动臂疲劳寿命为4378.1h。对比结果表明,两种评估结果相对误差仅为7.5%。该挖掘机在90%置信度下平均寿命为7673.2h,与验前信息8000h也比较吻合。

基于热点应力法的液压挖掘机斗杆疲劳寿命评估

由于挖掘机的工作载荷复杂多变,易造成斗杆疲劳破坏,以某中型液压挖掘机斗杆为研究对象,采用热点应力法对斗杆进行疲劳寿命评估。通过有限元仿真结果,确定了斗杆上翼板油缸座焊趾处为危险部位,并对油缸座焊趾处进行了疲劳强度分析,发现各热点位置处的等效时间从中间到两边逐渐增大且焊趾处最外侧2个热点位置处的等效工作时间分别为8250小时和8190小时。通过斗杆疲劳台架试验可知,疲劳破坏位置与分析位置相一致,斗杆油缸座焊趾处两侧出现可见裂纹的等效工作时间为9870小时,两者时间基本一致。因此,热点应力法适用于斗杆疲劳寿命评估,且精度较高。

矿用装载机工作装置有限元分析及轻量化设计

首先建立了矿用装载机工作装置的有限元实体模型,在整机最危险姿态下对工作装置进行了静力学分析,得到其应力分布情况,结果显示斗杆构件应力盈余较多,然后基于APDL语言建立了斗杆参数化模型,以质量最轻为目标函数,结构横截面尺寸为设计参数,结构强度为约束条件,对其进行轻量化设计,结果显示,在结构强度满足要求的同时斗杆质量减轻了41.9%。最后对优化前后工作装置实体模型进行了模态分析,结果显示固有振型和固有频率变化不大,工作装置动态性能稳定。表明该优化方法效果显著,具有可行性,为矿用装载机工作装置及整机的轻量化设计提供了参考。

中考连词重点考查点

连词在英语中是一个虚词，在句中不能单独作句子成份。笔者综合近两年中考试题，归纳如下主要点：

挖掘机下车架疲劳试验载荷谱研究与寿命预测

针对某中型液压挖掘机下车架的疲劳可靠性问题,研究了液压挖掘机下车架加载谱的编制方法。基于现场实测载荷-历程数据,采用反向加载方式,编制了挖掘机下车架加载部位的疲劳试验台架八级程序谱。为了实现同步加载试验,利用损伤等效原则,将四个支撑点各自的八级程序谱当量成四个相频相同的试验恒幅谱,再利用损伤一致性原则对试验恒幅谱进行校准,以保证得到的疲劳试验结果的可靠性。最后分别利用试验恒幅谱和实测载荷整理出的应力谱对该挖掘机下车架的进行疲劳寿命预测,结果验证加载方法和加载谱的可行性。

液压挖掘机斗杆台架疲劳试验载荷等效方法

为了克服斗杆各铰点力分别编制成载荷谱进行疲劳试验加载时各力之间关联特性无法再现的问题,即为了获得能够反映实际工况,且能用于编制台架疲劳试验程序谱的基础载荷数据,提出一种复杂载荷等效方法。首先分别采用三维销轴力传感器、压力传感器、位移传感器和应变片,实测挖掘机工作过程中斗杆与铲斗的铰点力、油缸力、摇杆力、工作姿态及斗杆疲劳关键点应力时间历程;其次根据各铰点力的规律和斗杆的运动特征,确定在斗杆局部坐标系下进行台架疲劳试验的加载方案;再根据斗杆截面应力状态,提出以斗杆最大弯矩截面上应力最大点的应力一致为载荷等效基准,将斗杆上的各铰点力等效为斗杆局部坐标系下的1个单向载荷,最后将该等效载荷加载下斗杆结构上3个疲劳关键点的应力-时间历程与对应测点实测应力-时间历程进行对比。结果表明:2条应力曲线相关程度在1#测点处达到97.21%,在2#测点处为91.54%,在3#测点处,相关程度略低,但也达到88.6%;各疲劳关键点处由等效载荷引起的损伤均与实测应力产生的损伤十分接近,从而验证了载荷等效方法的有效性;按该等效方法求得的等效载荷是编制斗杆疲劳计算载荷谱和台架疲劳试验程序谱的基础数据。

液压挖掘机工作装置载荷谱测试方法

为了给液压挖掘机工作装置的疲劳试验研究提供基础数据,提出了一种能够反映实际作业工况的载荷谱测试方法。该方法以测试截面内力为基础,首先在斗杆无应力集中部位选定测试截面,其次通过布置应变片测量斗杆截面特定测点的应力来拟合斗杆截面内力,通过布置压力传感器和位移传感器同步测量工作装置油缸压力和伸缩量,最后建立力学平衡方程计算出斗尖载荷-时间历程以及工作装置各铰点载荷-时间历程,由载荷-时间历程可求得整机载荷谱和相关零部件的载荷谱。为了验证测试方法的正确性,进行了模拟仿真试验和室内样机加载试验。研究结果表明:斗尖载荷的计算值与仿真值相当吻合,误差在3%以内;斗杆截面特定测点应力的计算值与试验测试值吻合较好,最大平均误差在侧载工况下为3.48%,在正载工况下为6.46%;斗尖载荷的计算值与试验测试值基本一致;该方法得到的载荷谱不仅包含了正载的影响,同时也包含了侧载和偏载的影响,与实际情况更加接近;以截面内力为基础数据获得的载荷谱不受挖掘机细部结构的影响,对吨位相近、斗容量相同的各类挖掘机具有普遍适用性,也可用于其他机械载荷谱测试。

挖掘机结构疲劳可靠性研究现状及展望

目前中国已成为全球最大的挖掘机市场,有多家中国挖掘机制造企业进入全球挖掘机制造企业前20强。随着中国经济的迅猛发展和“一带一路”倡议的实施,可以预见,国内外工程建设对挖掘机的需求还有一定的增长点,“十四五”期间中国挖掘机制造企业会有更大的发展空间。统计数据表明,目前市场上小型挖掘机占比约60%,中、大型挖掘机占比约40%,其中外资品牌的中、大型挖掘机占比较高,超过50%,中国挖掘机产品可靠性问题仍然是制约市场占比提高的因素之一。随着中国工程机械行业的快速发展,对工程机械产品的使用寿命和可靠性需求也越来越高,因此《工程机械行业“十四五”发展规划》中已把产品可靠性提升工程列入重点突破技术之一。为了提高挖掘机结构疲劳可靠性,基于本研究团队完成的《国家科技支撑计划——土方机械疲劳可靠性关键技术研究》项目,从挖掘机载荷谱测试与编制、疲劳寿命预测、可靠性分析方法等3个方面,研究了国内外挖掘机结构疲劳可靠性的研究现状、典型成果、存在问题、具体对策和发展趋势,指出应进一步推进典型焊接构造细节疲劳寿命曲线、台架疲劳试验、产品信息收集和试验数据积累等方面的学研合作工作,为挖掘机结构疲劳可靠性研究提供新的视角和基础资料。

基于边界效应理论的对接焊缝金属断裂特性试验

焊接作为一种金属连接技术广泛应用于航空、航天、建筑、机械等制造部门。然而在生产过程中,材料化学成分和焊接温度的变化会导致焊缝区城组织的非均质性、非均匀性。焊接完成后,接头处也不可避免.地出现宏微观缺陷,进而造成局部的不连续性。这些特点会直接影响工程结构的使用寿命,其韧脆混合的特性也易导致结构的断裂失效。因此,为探究焊缝金属的断裂特性,文章以Q235B对接焊缝金属为研究对象,通过单边切口三点弯曲试验测得屈服荷载,基于边界效应理论模型确定了对接焊缝金属的断裂韧性K_(IC)及屈服强度σ_(y)。所提模型及方法只需小尺寸对接焊缝金属的三点弯曲试样,研究结果可为确定焊接区域金属材料参数及预测金属结构破坏提供新的参考。

多介质工况下液压挖掘机斗杆动态特性分析

为了定量分析实际挖掘工况下液压挖掘机斗杆的动态特性,以某中型液压挖掘机为样机,在4类典型作业介质下进行了实地挖掘试验,实测了工作装置液压缸压力和位移,从而计算出斗杆各铰点动载荷时间历程。利用该动态载荷,并基于瞬态动力学理论,采用完全法对斗杆进行了瞬态响应分析。结果显示,斗杆上大应力测点的位置及相应的动应力响应曲线与试验基本一致,表明瞬态动力学仿真方法具有一定的可靠性。另外,从瞬态动力学分析结果还可以看出斗杆在任意时刻、任意点位的力学特性。根据该结果,不仅能够判别实际挖掘过程中的斗杆动应力分布规律和危险点位置,还可以获得试验中未贴片位置的应力时间历程,为下一步研究提供可信的数据。本文所提方法为研究斗杆等关键零部件的动态特性提供了思路,也为其后续的设计改进提供了依据。