挖掘机工作装置的寿命评估方法和系统

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评估方法和系统。

背景技术

动臂是挖掘机工作装置的主要结构件之一，由于动臂是主要受力构件，故其故障率较高，对挖掘机的使用寿命具有很大影响。

近年来随着人工成本的上升，挖掘机的应用越来越广泛，不止应用在工程领域，还会应用在大型矿山，从而挖掘机的应用工况更加广泛。

目前，对挖掘机动臂寿命的评估方法主要采用两轴台架试验，当应力循环达到预设次数时，确定挖掘机动臂寿命满足设计要求。但是，上述方法测试周期较长，花费时间多。通过上述评估方法得到挖掘机在出厂时动臂的使用寿命，与挖掘机在不同工况下得到的动臂的使用寿命存在较大的差别。因此，采用上述评估方法不能有效评估挖掘机动臂的使用寿命。

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评估方法和系统，可以有效评估挖掘机动臂的使用寿命是否满足设计要求，评估周期短。

第一方面，本发明实施提供了挖掘机工作装置的寿命评估方法，所述方法包括：

确定挖掘机工作装置的故障部位和所述故障部位对应的使用寿命；

对所述故障部位进行测试，得到S-N曲线和载荷谱；

根据所述S-N曲线和所述使用寿命，在受到正弦加载载荷条件下，得到所述故障部位的加载应力幅值；

根据所述S-N曲线和所述载荷谱，得到所述故障部位的计算寿命；

根据所述计算寿命、所述使用寿命、所述加载应力幅值和所述S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值；

将所述等效正弦加载应力幅值与所述加载应力幅值进行比较；

根据比较结果确定所述挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求。

进一步的，所述根据所述计算寿命、所述使用寿命、所述加载应力幅值和所述S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值，包括：

根据所述计算寿命和所述使用寿命，得到第一调整因子；

根据所述加载应力幅值和预设误差，得到实际应力幅值；

根据所述实际应力幅值和所述加载应力幅值，得到第二调整因子；

根据所述第一调整因子、所述第二调整因子、预设设计寿命和所述S-N曲线，得到所述等效正弦加载应力幅值。

进一步的，所述根据比较结果确定所述挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求，包括：

如果所述等效正弦加载应力幅值小于所述加载应力幅值，则满足所述设计要求；

如果所述等效正弦加载应力幅值大于所述加载应力幅值，则不满足所述设计要求。

进一步的，所述挖掘机工作装置的故障部位至少包括：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和动臂前叉弯板与侧板角焊缝。

进一步的，所述根据所述计算寿命和所述使用寿命，得到第一调整因子，包括：

根据下式计算所述第一调整因子：

其中，K

进一步的，所述根据所述实际应力幅值和所述加载应力幅值，得到第二调整因子，包括：

根据下式计算所述第二调整因子：

其中，K

第二方面，本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命评估系统，所述系统包括：

故障部位确定单元，用于确定挖掘机工作装置的故障部位和所述故障部位对应的使用寿命；

测试单元，用于对所述故障部位进行测试，得到S-N曲线和载荷谱；

加载应力幅值获取单元，用于根据所述S-N曲线和所述使用寿命，得到所述故障部位的加载应力幅值；

计算寿命获取单元，用于根据所述S-N曲线和所述载荷谱，在受到正弦加载载荷条件下，得到所述故障部位的计算寿命；

应力幅值获取单元，用于根据所述计算寿命、所述使用寿命、所述加载应力幅值和所述S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值；

比较单元，用于将所述等效正弦加载应力幅值与所述加载应力幅值进行比较；

设计要求确定单元，用于根据比较结果确定所述挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求。

进一步的，所述应力幅值获取单元具体用于：

根据所述计算寿命和所述使用寿命，得到第一调整因子；

根据所述加载应力幅值和预设误差，得到实际应力幅值；

根据所述实际应力幅值和所述加载应力幅值，得到第二调整因子；

根据所述第一调整因子、所述第二调整因子、预设设计寿命和所述S-N曲线，得到所述等效正弦加载应力幅值。

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评估方法和系统，包括：确定挖掘机工作装置的故障部位和故障部位对应的使用寿命；对故障部位进行测试，得到S-N曲线和载荷谱；根据S-N曲线和使用寿命，在受到正弦加载载荷条件下，得到故障部位的加载应力幅值；根据S-N曲线和载荷谱，得到故障部位的计算寿命；根据计算寿命、使用寿命、加载应力幅值和S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值；将等效正弦加载应力幅值与加载应力幅值进行比较；根据比较结果确定挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求，可以有效评估挖掘机动臂的使用寿命是否满足设计要求，评估周期短。

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评估方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的故障部位在煤矿厂测得的载荷谱；

图3为本发明实施例一提供的故障部位在石料厂测得的载荷谱；

图4为本发明实施例一提供的故障部位在不同工况下的加载应力幅值；

图5为本发明实施例二提供的挖掘机工作装置的寿命评估系统示意图。

图标：

1-故障部位确定单元；2-测试单元；3-加载应力幅值获取单元；4-计算寿命获取单元；5-应力幅值获取单元；6-比较单元；7-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评估方法流程图。

参照图1，该方法包括以下步骤：

步骤S101，确定挖掘机工作装置的故障部位和故障部位对应的使用寿命；

具体地，挖掘机工作装置包括但不限于动臂，动臂的故障部位通常位于焊缝位置，动臂的故障部位至少包括：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和动臂前叉弯板与侧板角焊缝。其中，动臂的故障部位和故障部位对应的使用寿命参照表1：

表1

由表1可知，动臂后内筋板与中侧板角焊缝对应的使用寿命为6333h、动臂前叉弯板与前顶板对接焊缝对应的使用寿命为7743h、动臂中顶板与后顶板对接焊缝对应的使用寿命为8330h、动臂前叉外贴板与侧板尾部焊缝对应的使用寿命为5687h和动臂前叉弯板与侧板角焊缝对应的使用寿命为7590h。

步骤S102，对故障部位进行测试，得到S-N曲线和载荷谱；

这里，采用S-N曲线疲劳试验机对故障部位进行测试，得到S-N曲线；采用LMS testlab仪器，在相应故障部位贴应变片或应变花，进行测试得到载荷谱。

目前，在工程施工领域的挖掘机动臂基本都满足要求，而矿山由于矿种、地域和作业方式的不同，对动臂寿命的影响也不同。参照如图2和图3所示的载荷谱，横坐标均为时间，纵坐标均为应力幅值。在图2中，故障部位在煤矿厂测试得到载荷谱，在不同的时间段对应的应力幅值不同。在图3中，故障部位在石料厂测试得到载荷谱，在不同的时间段对应的应力幅值不同。如果在同一时间段，图2中在该时间段对应的应力幅值与图3中该时间段对应的应力幅值也是不同的。

步骤S103，根据S-N曲线和使用寿命，在受到正弦加载载荷条件下，得到故障部位的加载应力幅值；

具体地，假定受到正弦加载载荷，根据S-N曲线和使用寿命，得到故障部位的加载应力幅值。动臂通常包括五个故障部位，每个故障部位可得到对应的加载应力幅值，因此，五个故障部位可得到五个加载应力幅值。在动臂前端加载，采用等比插值法调整加载力大小和姿态，确保五个故障部位计算的实际应力幅值与对应的加载应力幅值之间的误差在预设范围内。其中，预设范围为20％。

参照图4，故障部位在不同工况下的加载应力幅值，横坐标为时间，纵坐标为加载应力幅值。当时间为0.25时，该时间在应力曲线1对应的应力幅值，与在应力曲线2对应的应力幅值是完全不同的。

步骤S104，根据S-N曲线和载荷谱，得到故障部位的计算寿命；

这里，采用线性损伤累积理论中的Miner方法，根据S-N曲线和载荷谱，得到故障部位的计算寿命。

步骤S105，根据计算寿命、使用寿命、加载应力幅值和S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值；

步骤S106，将等效正弦加载应力幅值与加载应力幅值进行比较；

步骤S107，根据比较结果确定挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求。

进一步的，步骤S105包括以下步骤：

步骤S201，根据计算寿命和使用寿命，得到第一调整因子；

步骤S202，根据加载应力幅值和预设误差，得到实际应力幅值；

步骤S203，根据实际应力幅值和加载应力幅值，得到第二调整因子；

步骤S204，根据第一调整因子、第二调整因子、预设设计寿命和S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值。

这里，采用线性损伤累积理论中的Miner方法，根据预设设计寿命和S-N曲线，得到第一应力幅值，将第一应力幅值乘以第一调整因子和第二调整因子，得到等效正弦加载应力幅值。

进一步的，步骤S107包括以下步骤：

步骤S301，如果等效正弦加载应力幅值小于加载应力幅值，则满足设计要求；

步骤S302，如果等效正弦加载应力幅值大于加载应力幅值，则不满足设计要求。

具体地，将等效正弦加载应力幅值与加载应力幅值进行比较，如果小于，则满足设计要求；如果大于，则不满足设计要求。

进一步的，步骤S201包括：

根据公式(1)计算第一调整因子：

其中，K

进一步的，步骤S203包括：

根据公式(2)计算第二调整因子：

其中，K

本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命评估方法，包括：确定挖掘机工作装置的故障部位和故障部位对应的使用寿命；对故障部位进行测试，得到S-N曲线和载荷谱；根据S-N曲线和使用寿命，在受到正弦加载载荷条件下，得到故障部位的加载应力幅值；根据S-N曲线和载荷谱，得到故障部位的计算寿命；根据计算寿命、使用寿命、加载应力幅值和S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值；将等效正弦加载应力幅值与加载应力幅值进行比较；根据比较结果确定挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求，可以有效评估挖掘机动臂的使用寿命是否满足设计要求，评估周期短。

实施例二：

图5为本发明实施例二提供的挖掘机工作装置的寿命评估系统示意图。

参照图5，该系统包括：

故障部位确定单元1，用于确定挖掘机工作装置的故障部位和故障部位对应的使用寿命；

测试单元2，用于对故障部位进行测试，得到S-N曲线和载荷谱；

加载应力幅值获取单元3，用于根据S-N曲线和使用寿命，在受到正弦加载载荷条件下，得到故障部位的加载应力幅值；

计算寿命获取单元4，用于根据S-N曲线和载荷谱，得到故障部位的计算寿命；

应力幅值获取单元5，用于根据计算寿命、使用寿命、加载应力幅值和S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值；

比较单元6，用于将等效正弦加载应力幅值与加载应力幅值进行比较；

设计要求确定单元7，用于根据比较结果确定挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求。

进一步的，应力幅值获取单元5具体用于：

根据计算寿命和使用寿命，得到第一调整因子；

根据加载应力幅值和预设误差，得到实际应力幅值；

根据实际应力幅值和加载应力幅值，得到第二调整因子；

根据第一调整因子、第二调整因子、预设设计寿命和S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值。

本发明实施例提供了挖掘机工作装置的寿命评估系统，包括：确定挖掘机工作装置的故障部位和故障部位对应的使用寿命；对故障部位进行测试，得到S-N曲线和载荷谱；根据S-N曲线和使用寿命，在受到正弦加载载荷条件下，得到故障部位的加载应力幅值；根据S-N曲线和载荷谱，得到故障部位的计算寿命；根据计算寿命、使用寿命、加载应力幅值和S-N曲线，得到等效正弦加载应力幅值；将等效正弦加载应力幅值与加载应力幅值进行比较；根据比较结果确定挖掘机工作装置的寿命是否满足设计要求，可以有效评估挖掘机动臂的使用寿命是否满足设计要求，评估周期短。

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评估方法的步骤。

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评估方法的步骤。

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。