一种回转支承车架结构载荷测试方法

技术领域

本发明属于工程机械领域，具体涉及一种回转支承车架结构载荷测试方法。

背景技术

工程机械设备的下车结构的稳定性和结构强度是影响设备运行过程的操纵稳定性、舒适性和可靠性的重要指标。目前，下车受力主要通过结合整车重量、理论最大挖掘力、倾翻力等极限工况位置进行静态受力分析，以理论计算为主，并且，现有工程机械产品越来越趋于大型化，整车重量以难以准确测量，且复杂多变的工况越来越多，计算会越来越繁杂，计算完成结果输出，与实际应用工况仍然存在差距，分散的数据也不能用于下车的寿命分析。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种回转支承车架结构载荷测试方法，该测试方法利用传感器技术和计算分析软件，能够精确地实现动态载荷采集，为工程机械下车结构的受力分析提供了新方法和新思路。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种回转支承车架结构载荷测试方法，包括螺栓应变片、倾角传感器、压力传感器、数据采集模块和数据分析系统；具体地测试方法如下：

一、将工程机械行驶至水平平面上，在回转支承的外圈与上车架结构间的若干固定螺栓中嵌入螺栓应变片；在回转支承外圈水平安装倾角传感器；在回转马达进、出口安装压力传感器；螺栓应变片、倾角传感器和压力传感器分别通过应变采集线连接数据采集模块，数据采集模块与数据分析系统信号连接；

二、将步骤一中完成各类测试器材装配的工程机械行驶至规定测试位置，再将上车机构调整到规定停放姿势，即基准位置，将所有采集数据进行数据归零处理；

三、工程机械分别进行多种典型作业，在各典型作业过程中通过螺栓应变片、倾角传感器和压力传感器将采集到的数据传递给数据采集模块；

四、数据分析系统获取数据采集模块所采集的数据，并对固定螺栓进行瞬时受力分析，提取固定螺栓的轴向拉压力、根据回转支承的倾斜角度通过三角函数计算固定螺栓的径向剪切力以及根据回转支承的回转力矩计算固定螺栓受到的回转剪切力。

在一些实施例中，步骤一中，所述螺栓应变片内嵌在固定螺栓中心轴位置。

在一些实施例中，步骤一中，所述倾角传感器选用高精度三轴倾角传感器。

在一些实施例中，步骤一中，选取回转支承的外圈上受力最大的固定螺栓以及与该受力最大的固定螺栓处于中心对称位置的固定螺栓作为一组对应螺栓，对该组对应螺栓的受力情况进行测量。

在一些实施例中，回转支承外圈上固定螺栓所在圆的切线，且该切线还同时与上车重心和铲斗负载受力点连线相互垂直，选着距离该切线的切点最近的位置A处的固定螺栓即为回转支承的外圈上受力最大的固定螺栓。

本发明的有益效果是：本发明技术利用力学计算和传感技术，利用螺栓应变片获得回转支承外圈的固定螺栓所受的轴向拉压力，由回转支承外圈的固定螺栓所受的轴向拉压力计算回转支承内圈的固定螺栓所受的轴向拉压力，通过三角函数计算获得回转支承内圈的固定螺栓的轴向剪切力，并结合回转力矩来反算回转支承内圈的固定螺栓所受回转剪切力的方式获得固定螺栓的瞬时受力，通过计算机数据分析系统输出载荷谱。减少繁重的整车建模工作，可快捷的输出下车结构分析所需的载荷谱，方便后期进行力学分析。

附图说明

图1为本发明的各传感器安装和测试设备示意图；

图2为回转支承结构示意图；

图3为本发明固定螺栓瞬时受力示意图；

图4为履带式挖掘机调整至基准位置的示意图；

图5为履带式挖掘机最大正向倾翻力受力示意图；

图6为回转支承外圈等效受力情况分析图

图7为回转支承内、外圈力的传递分析图；

图8为静态回转力矩受力分析图；

图中，1、螺栓应变片，2、固定螺栓，3、回转支承，4、下车架，5、倾角传感器，6、压力传感器，7、数据采集模块，8、数据分析系统。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

在本实施例中，通过对履带式挖掘机最大正向倾翻力作为分析对象，当动臂与履带平行时，有三分之一的履带长度离开地面，如图5所示，部分履带着地为整机提供支撑，倾翻力Ft与整机重量G实现力矩平衡，但由于整机的重心位置不一定处于中心线上，S

G*S

因此，传统的通过挖掘机力计算获得的下车载荷谱的方式，并不十分准确，且为进行下车架分析，要完成整个上车模型的建立，非常繁杂，为了更精确更直接地获得下车载荷输入，直接对回转支承受力进行分析，如图6和图7所示，回转支承的外圈作为一个刚性环形结构，当受到外力时，固定螺栓所受的力呈现几何圆周递增或递减趋势，当获取一组对应位置的螺栓受力情况，便可以了解整个回转支承外圈的受力情况。由于存在上车的重心G

通过分析回转支承的结构可知，回转支承的内圈与回转支承的外圈在轴向为刚性接触，回转支承的外圈所受的力会同步传递至回转支承的内圈，但由于内、外圈的固定螺栓安装半径大小不同，需要进行力矩换算。同时，回转支承的内、外圈存在相互回转运动，内圈的受力位置会随着上车结构的回转发生改变，但回转支承的内圈最大受力位置始终对应回转支承的外圈最大受力位置，如图7所示的受力分析。

通过上述论述，具体地测试方法如下：如图1至图3所示，回转支承3外圈通过固定螺栓与上车架固定，回转支承3内圈通过固定螺栓与下车架4固定，获得回转支承3外圈上所选代表位置螺栓，将工程机械行驶至水平平面上，将代表位置的螺栓更换为带有螺栓应变片1的固定螺栓2，在回转支承3外圈水平安装倾角传感器5；在回转马达进、出口安装压力传感器6；如图1所示，引出采集线，螺栓应变片1、与倾角传感器5和压力传感器6一同连接数据采集模块7，数据采集模块7与数据分析系统8信号连接。

将完成各类测试器材装配的工程机械行驶至规定测试位置，履带式挖掘机在水平位置，如图4所示，将上车机构调整到规定停放姿势，即履带式挖掘机的伸缩臂上的工装装置油缸处于全伸位置，作为基准位置，进行测试信号标零，并开始信号数据记录。

工程机械分别进行多种典型作业，在各典型作业过程中通过螺栓应变片1、倾角传感器5和压力传感器6将采集到的数据传递给数据采集模块7。具体地，将处于基准位置的履带式挖掘机调整到正向前倾翻力位置，如图5所示，根据倾翻力测试方法，测试最大倾翻力，同时记录该位置回转支承的固定螺栓2中螺栓应变片1的应力值，以及倾角传感器5的倾角数据等数值，根据理论力学原理，静态倾翻力极限位置，回转支承3外圈的固定螺栓2主要受到轴向拉压力f

式中：α--为回转支承的倾翻角。

进一步对回转支承内、外圈力的传递分析，相对于回转中心，回转支承内圈对应外圈最大受力位置的固定螺栓的受力如下：

式中：R

R

已知回转支承内圈上固定螺栓的最大轴向拉压力值和对应螺栓的轴向拉压力值，回转支承内圈与下车架连接的固定螺栓为圆周均匀分布，故相邻螺栓受力呈现规律性分布，因回转支承为中心对称结构，故只需获取一半螺栓的受力情况，另一半与之对称。

在回转支承外圈的一半圆周范围内再添加几个均布螺栓应变片的固定螺栓，便可以绘制出受力分布曲线。根据回转支承的倾翻角，利用公式(2)和公式(3)可同步测算出回转支承内圈的固定螺栓的径向剪切力f'

以上主要用于静态无回转作业情况下的极限工况螺栓受力分析，若是上车发生回转作业，回转支承的固定螺栓还需增加克服上车回转力矩所受的回转剪切力，如图8所示，通过回转力矩测试方法获得最大回转力F

T＝F

式中：L--为回转支承中心至铲斗重心水平距离。

进行动态回转支承载荷测试时，需获取克服工作装置惯性力矩所产生的动态回转力矩，负载越大回转惯性力矩也越大，是无法通过回转力矩测试方法获取，本测试方法是通过测量回转液压马达的进、出口压差，换算回转支承所承受的瞬时回转力矩M。

式中：n

Δp--为回转马达进、出口压力差，Mpa；

η--为回转马达输出效率；

η

i--为回转减速机传动比；

i

因回转支承内圈的固定螺栓为均匀分布，每颗螺栓所受回转剪切力

式中：n--为回转支承内圈上固定螺栓的数量。

完成典型工况实际载荷采集，通过数据分析系统8，输出回转支承内圈标准载荷谱，应用于仿真分析。

综上，本发明利用简单的物理原理和传感测试技术，提供一种便捷的回转支承车架结构载荷测试和换算方法，该方法的可以节约建模所需的繁重设计工作和有限元模型转换工作，直接获取下车架的力学分析载荷输入，简单易行、节省人力。

在一些实施例中，步骤一中，所述螺栓应变片1内嵌在固定螺栓2中心轴位置，未损坏固定螺栓表面结构及结构强度，试验结束后直接剪除应变采集线，无需重新拆装固定螺栓。

在一些实施例中，步骤一中，所述倾角传感器5选用高精度三轴倾角传感器，能够真实反映回转支承的相对于X轴、Y轴、Z轴的合成倾角。

在一些实施例中，步骤一中，选取回转支承3的外圈上受力最大的固定螺栓2以及与该受力最大的固定螺栓2处于中心对称位置的固定螺栓2作为一组对应螺栓，对该组对应螺栓的受力情况进行测量。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。