挖掘机工作装置的寿命分析方法和装置

摘要

本发明提供了挖掘机工作装置的寿命分析方法和装置，包括：采集挖掘机工作装置的特征参数；确定挖掘机工作装置的故障部位，并对故障部位进行测试，得到S‑N曲线；建立刚柔耦合模型，使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下得到挖掘机工作装置的应力；根据故障部位确定挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对焊缝位置加载S‑N曲线，构建疲劳模型；将挖掘机工作装置的应力和S‑N曲线输入疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；根据疲劳计算寿命确定挖掘机工作装置是否满足设计要求，可以准确分析挖掘机工作装置的寿命，分析周期短。

说明书

技术领域

本发明涉及液压挖掘机技术领域，尤其是涉及挖掘机工作装置的寿命分析方法和装置。

背景技术

动臂是挖掘机工作装置的重要组成部分，其使用寿命是决定挖掘机使用寿命的关键因素之一。

目前，对挖掘机动臂寿命的分析，主要采用静力计算方法和疲劳方法。当采用静力计算方法时，可以确定动臂是否满足最大工况应力要求，其主要失效形式为疲劳破坏，并非静力强度不够。当采用疲劳方法时，该方法与动臂的实际使用工况和故障情况存在很大差异，联系性不强。

综上，采用上述方法都不能准确分析动臂寿命，准确率低，并且试验周期长。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供挖掘机工作装置的寿命分析方法和装置，可以准确分析挖掘机工作装置的寿命，分析周期短。

第一方面，本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命分析方法，所述方法包括：

采集挖掘机工作装置的特征参数；

确定所述挖掘机工作装置的故障部位，并对所述故障部位进行测试，得到S-N曲线；

建立刚柔耦合模型，使所述挖掘机工作装置的三维结构在所述刚柔耦合模型、所述特征参数和预存挖掘物重力下得到所述挖掘机工作装置的应力；

根据所述故障部位确定所述挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对所述焊缝位置加载所述S-N曲线，构建疲劳模型；

将所述挖掘机工作装置的应力和所述S-N曲线输入所述疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；

根据所述疲劳计算寿命确定所述挖掘机工作装置是否满足设计要求。

进一步的，所述特征参数包括工况、所述工况的油缸位移和挖掘阻力，其中，所述工况至少包括甩方装车、扣石、破石、平整、空载和偏载。

进一步的，所述建立刚柔耦合模型包括：

根据所述挖掘机工作装置的运动和力传递特点确定各零部件约束关系；

其中，所述各零部件约束关系包括动臂和平台为旋转副约束关系，动臂油缸杆和动臂油缸筒为平移副约束关系，所述动臂油缸杆和所述动臂为圆柱副约束关系，所述动臂油缸筒和所述平台为所述旋转副约束关系。

进一步的，所述挖掘机工作装置为动臂，所述根据所述故障部位确定所述挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，包括：

根据所述故障部位确定所述动臂后内筋板与中侧板角焊缝、所述动臂前叉弯板与前顶板对接焊缝、所述动臂中顶板与后顶板对接焊缝、所述动臂前叉外贴板与侧板尾部焊缝，以及所述动臂前叉弯板与侧板角焊缝。

进一步的，所述根据所述疲劳计算寿命确定所述挖掘机工作装置是否满足设计要求，包括：

获取所述故障部位的实际寿命；

根据所述实际寿命和所述疲劳计算寿命，得到疲劳精度；

判断所述疲劳精度是否小于预设精度；

如果小于，则满足所述设计要求；

如果大于，则不满足所述设计要求。

进一步的，所述方法还包括：

对所述故障部位进行结构处理和工艺处理；

其中，结构处理为增加所述故障部位的壁厚、对所述故障部位局部补强和调整所述故障部位的筋板位置；所述工艺处理为对所述故障部位焊接方式的处理、对所述故障部位的焊缝打磨处理和对所述故障部位的焊缝热处理。

第二方面，本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命分析装置，所述装置包括：

采集单元，用于采集挖掘机工作装置的特征参数；

故障部位确定单元，用于确定所述挖掘机工作装置的故障部位，并对所述故障部位进行测试，得到S-N曲线；

创建单元，用于建立刚柔耦合模型，使所述挖掘机工作装置的三维结构在所述刚柔耦合模型、所述特征参数和预存挖掘物重力下得到所述挖掘机工作装置的应力；

焊缝位置确定单元，用于根据所述故障部位确定所述挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对所述焊缝位置加载所述S-N曲线，构建疲劳模型；

输入单元，用于将所述挖掘机工作装置的应力和所述S-N曲线输入所述疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；

设计要求确定单元，用于根据所述疲劳计算寿命确定所述挖掘机工作装置是否满足设计要求。

进一步的，所述特征参数包括工况、所述工况的油缸位移和挖掘阻力，其中，所述工况至少包括甩方装车、扣石、破石、平整、空载和偏载。

第三方面，本发明实施例提供了电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供了具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行如上所述的方法。

本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命分析方法和装置，包括：采集挖掘机工作装置的特征参数；确定挖掘机工作装置的故障部位，并对故障部位进行测试，得到S-N曲线；建立刚柔耦合模型，使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下得到挖掘机工作装置的应力；根据故障部位确定挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对焊缝位置加载S-N曲线，构建疲劳模型；将挖掘机工作装置的应力和S-N曲线输入疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；根据疲劳计算寿命确定挖掘机工作装置是否满足设计要求，可以准确分析挖掘机工作装置的寿命，分析周期短。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的挖掘机工作装置的寿命分析方法流程图；

图2为本发明实施例二提供的挖掘机工作装置的寿命分析装置示意图。

图标：

1-采集单元；2-故障部位确定单元；3-创建单元；4-焊缝位置确定单元；5-输入单元；6-设计要求确定单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的挖掘机工作装置的寿命分析方法流程图。

参照图1，该方法包括以下步骤：

步骤S101，采集挖掘机工作装置的特征参数；

具体地，液压挖掘机主要应用于矿山，特征参数包括工况、工况的油缸位移和挖掘阻力，其中，工况至少包括甩方装车、扣石、破石、平整、空载和偏载，但不限于上述工况，还包括其他工况。

特征参数还包括工况的组合占比，可采用解方程的方法获取工况的组合占比，具体为：以故障部位、使用寿命和工况列方程，对该方程求解，得到工况的组合占比。

通过传感器检测工况对应的油缸位移和油缸压力。在挖掘机工作装置的关键部位通过应变片得到应变，然后根据应变与弹性磨量的乘积，得到应力，根据应力得到载荷谱。其中，挖掘机工作装置的关键部位是指应力较大的部位。

步骤S102，确定挖掘机工作装置的故障部位，并对故障部位进行测试，得到S-N曲线；

这里，通过S-N曲线测试机，对故障部位进行测试，得到S-N曲线。

步骤S103，建立刚柔耦合模型，使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下得到挖掘机工作装置的应力；

具体地，在LMS或Adams软件中，导入挖掘机工作装置的三维结构，并创建刚柔耦合模型。使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下，得到挖掘机工作装置的应力，其中，特征参数为油缸位移和挖掘阻力，油缸位移需要和挖掘机的使用特性一致。另外，预存挖掘物重力是通过测量可以得到。

步骤S104，根据故障部位确定挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对焊缝位置加载S-N曲线，构建疲劳模型。

这里，对故障部位进行分块或焊缝位置提取，得到需要分析的焊缝位置。对需要分析的焊缝位置加载测试得到的S-N曲线，建立疲劳模型并进行疲劳分析。

步骤S105，将挖掘机工作装置的应力和S-N曲线输入疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；

步骤S106，根据疲劳计算寿命确定挖掘机工作装置是否满足设计要求。

本实施例中，采集挖掘机工作装置的特征参数，在确定挖掘机工作装置的故障部位后，对故障部位进行测试，得到S-N曲线；建立刚柔耦合模型，使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下得到挖掘机工作装置的应力；根据故障部位确定挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对焊缝位置加载S-N曲线，构建疲劳模型；将应力和S-N曲线作为疲劳模型的输入，输出得到疲劳计算寿命；根据疲劳计算寿命确定挖掘机工作装置是否满足设计要求，可以准确分析挖掘机工作装置的寿命，分析周期短。

进一步的，步骤S103包括：

根据挖掘机工作装置的运动和力传递特点确定各零部件约束关系；

其中，各零部件约束关系包括动臂和平台为旋转副约束关系，动臂油缸杆和动臂油缸筒为平移副约束关系，动臂油缸杆和动臂为圆柱副约束关系，动臂油缸筒和平台为旋转副约束关系。

进一步的，挖掘机工作装置为动臂，步骤S104包括：

根据故障部位确定动臂后内筋板与中侧板角焊缝、动臂前叉弯板与前顶板对接焊缝、动臂中顶板与后顶板对接焊缝、动臂前叉外贴板与侧板尾部焊缝，以及动臂前叉弯板与侧板角焊缝。

具体地，动臂的故障部位为焊缝位置，参照表1：

进一步的，步骤S107包括以下步骤：

步骤S201，获取故障部位的实际寿命；

步骤S202，根据实际寿命和疲劳计算寿命，得到疲劳精度；

步骤S203，判断疲劳精度是否小于预设精度；如果小于，则满足设计要求；如果大于，则不满足设计要求。

具体地，获取故障部位的实际寿命，然后将实际寿命与疲劳计算寿命作差，得到差值，将差值与实际寿命作商，得到疲劳精度；将疲劳精度与预设精度进行比较，如果疲劳精度小于预设精度，则满足设计要求；如果疲劳精度大于预设精度，则不满足设计要求。故障部位的实际寿命与疲劳计算寿命参照表2：

由表2可知，当实际寿命为7573h，疲劳计算寿命为6333h时，疲劳精度的计算过程为：(7573－6333)/7573×100％＝16.3％<20％，说明满足设计要求。

进一步的，该方法还包括以下步骤：

对故障部位进行结构处理和工艺处理；

其中，结构处理为增加故障部位的壁厚、对故障部位局部补强和调整故障部位的筋板位置；工艺处理为对故障部位焊接方式的处理、对故障部位的焊缝打磨处理和对故障部位的焊缝热处理。

具体地，通过设定目标寿命，对故障部位进行结构改进和工艺改进，结构改进包括但不限于增加壁厚、局部补强和筋板位置调整；工艺改进包括但不限于对焊接方式的改进、焊缝打磨和焊缝热处理。其中，工艺改进主要体现在S-N曲线上。

如果设计目标寿命为9000，采取板加厚、焊根处理和焊趾处理等措施后，采用上述方法得到新的疲劳计算寿命，参照表3：

由表3可知，除了故障部位4需要改进以外，其余故障部位均满足设计要求。另外，如果设定的设计目标寿命增多，则需要对更多的故障部位进行分析，在此不作赘述。

本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命分析方法，包括：采集挖掘机工作装置的特征参数；确定挖掘机工作装置的故障部位，并对故障部位进行测试，得到S-N曲线；建立刚柔耦合模型，使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下得到挖掘机工作装置的应力；根据故障部位确定挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对焊缝位置加载S-N曲线，构建疲劳模型；将挖掘机工作装置的应力和S-N曲线输入疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；根据疲劳计算寿命确定挖掘机工作装置是否满足设计要求，可以准确分析挖掘机工作装置的寿命，分析周期短。

实施例二：

图2为本发明实施例二提供的挖掘机工作装置的寿命分析装置示意图。

参照图2，该装置包括：

采集单元1，用于采集挖掘机工作装置的特征参数；

故障部位确定单元2，用于确定挖掘机工作装置的故障部位，并对故障部位进行测试，得到S-N曲线；

创建单元3，用于建立刚柔耦合模型，使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下得到挖掘机工作装置的应力；

焊缝位置确定单元4，用于根据故障部位确定挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对焊缝位置加载S-N曲线，构建疲劳模型；

输入单元5，用于将挖掘机工作装置的应力和S-N曲线输入疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；

设计要求确定单元6，用于根据疲劳计算寿命确定挖掘机工作装置是否满足设计要求。

进一步的，特征参数包括工况、工况的油缸位移和挖掘阻力，其中，工况至少包括甩方装车、扣石、破石、平整、空载和偏载。

本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命分析装置，包括：采集挖掘机工作装置的特征参数；确定挖掘机工作装置的故障部位，并对故障部位进行测试，得到S-N曲线；建立刚柔耦合模型，使挖掘机工作装置的三维结构在刚柔耦合模型、特征参数和预存挖掘物重力下得到挖掘机工作装置的应力；根据故障部位确定挖掘机工作装置需要分析的焊缝位置，对焊缝位置加载S-N曲线，构建疲劳模型；将挖掘机工作装置的应力和S-N曲线输入疲劳模型中，得到疲劳计算寿命；根据疲劳计算寿命确定挖掘机工作装置是否满足设计要求，可以准确分析挖掘机工作装置的寿命，分析周期短。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的挖掘机工作装置的寿命分析方法的步骤。

本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，计算机可读介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的挖掘机工作装置的寿命分析方法的步骤。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。