深松铲工作载荷测试及载荷谱编制研究

摘要

深松铲是深松整地联合作业机的关键部件，广泛应用于旱地农作物、甘蔗、牧草种植等作业中。目前国内各地区、各种植作物所依赖的土壤环境差异较大，深松铲的传统设计不能满足差异需求，容易引起零件的疲劳损伤和失效，这种传统的设计方法是静态领域的强度设计方法，该方法将动载荷的影响利用动载荷系数转化为静载荷增加了设计载荷的大小，但由于无法反映载荷信号的变化规律，也就无法估算因载荷的作用顺序、均幅值的大小、均幅值循环频次对零部件造成的损伤，导致设计时无法准确计算零件的强度，因此引入了动态领域的载荷谱的编制。零件的载荷谱是能反映零件工作时的受载情况，且具有统计规律性的载荷历程。载荷谱不但可以用载荷时间历程表示，还可以表现为图表、矩阵、概率分布以及频谱图等形式，本文在借鉴汽车、航空及其他工程机械领域的载荷谱研究后，设计并开展了农业机械——深松铲的载荷谱编制研究，为深松铲的设计与优化以及可靠性分析等提供数据与理论依据。 本文主要工作内容和结论有以下几个方面： （1）对深松铲的结构和工作过程中的受力情况进行了详细的分析与论证，得出了深松铲两部分结构的理论上的受力值：铲尖部分为2467N，铲柄部分为4975N。并以此为依据进行了有限元分析，得出了深松铲的应力应变分布情况，进而确定了其结构损伤点在距离铲柄顶端85mm处。 （2）基于深松铲的受力分析，确定了深松铲载荷测试总体设计方案，包括深松铲固定装置和三点悬挂装置的改制、测点位置及应变片布片方式、整个测试系统的搭建、载荷测试试验等几个方面，最终进行了深松铲的各载荷分量的测试试验，得出了各工况的随机载荷信号。 （3）对试验数据进行了干扰噪声和误差的剔除处理，确保了载荷数据的可靠性与有效性。对预处理之后的数据进行了平稳性检验和轮次检验，确定了数据的平稳性特点，为深松铲载荷谱的编制方法和工况比例的确定提供了理论依据。 （4）运用雨流计数法进行了循环频次的统计计数，得出了深松铲载荷信号的均、幅值频次柱状图，对均、幅值—频次的概率密度函数进行参数估计，运用参数外推法将循环频次外推到106次，并对均幅值进行极值推断。以深度为25cm、30cm、35cm各占1/3的比例合成最终的载荷工况，得到了深松铲组合工况下各测点的二维八级载荷谱。最终运用波动中心法得出了适用于试验室加载的一维程序载荷谱，具体为：正向弯曲载荷谱、侧向弯曲载荷谱、侧向拉伸载荷谱的波动中心分别为3516MPa、30MPa、45MPa，其各自的载荷循环累积频次分别为277671次、247565次、289693次，其各自的最大幅值为8744MPa、264MPa、392MPa，将最大幅值按非等间隔法处理得到8个等级，试验室程序加载时将幅值按等级叠加在不变的波动中心上。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况及存在问题

1.3 本文研究内容及技术路线

1.4 论文组织结构

第二章 深松铲结构损伤点确定

2.1深松铲的受力数学模型建立

2.2深松铲的有限元分析

2.3深松铲应力分析

2.4本章小结

第三章 深松铲载荷测试总体方案设计

3.1 测试方案的设计

3.2 试验仪器与设备

3.3 载荷测试系统搭建

3.4 载荷测试试验

3.5 本章小结

第四章 深松铲的载荷谱编制研究

4.1 载荷信号的预处理

4.2 测试信号平稳性检验

4.3 统计计数法

4.4 载荷信号均幅值概率分布及检验

4.5 二维载荷谱的编制

4.6 一维载荷谱的编制

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要工作和结论

5.2 创新点

5.3 研究展望

参考文献

致谢

个人简历