基于最优分布拟合的拖拉机三点悬挂牵引力载荷谱编制与台架试验

拖拉机三点悬挂装置作业载荷特性与分布研究对于预测零件寿命、产品可靠性分析等具有重要意义。针对传统参数外推编制方法对于多峰及概率分布不明确的作业载荷存在验证不通过或拟合效果差等问题,该研究提出基于最优分布拟合的载荷谱编制方法,建立了均值服从混合高斯、幅值服从混合威布尔的混合分布模型,采用AIC准则（Akaike Information Criterion）与BIC准则（Bayesian Information Criterion）相结合确定混合分布最优基函数个数,并利用EM（Expectation-Maximization）算法进行混合分布最优参数估计。以拖拉机三点悬挂牵引力实测载荷为对象进行最优分布拟合求解,与单分布相比,混合高斯分布与混合威布尔决定系数分别提高3.45%和6.02%,相关系数分别提高1.73%和4.87%,均方根误差分别降低31.38%和40%,残差平方和分别降低52.92%和64.01%。利用最优分布拟合进行极值和频次外推,并对外推一倍载荷谱与原始载荷进行统计特性与雨流计数对比分析,结果表明：外推载荷极值范围得到扩充,载荷分布规律一致,能够在保留原始载荷特性的前提下实现均幅值的双向外推。将外推牵引力载荷谱应用于拖拉机三点悬挂牵引力室内台架加载系统,并基于PID控制实现悬挂牵引力的反馈调节。加载试验结果表明：系统最大超调量为5.19%,最大稳定时间为0.2 s,最大延时为0.4 s,系统响应特性较好,室内台架系统能够满足拖拉机三点悬挂牵引力的加载与复现,并对外推牵引力载荷谱与反馈牵引力载荷谱进行雨流计数分析,均值、幅值频次保持一致,两者疲劳损伤等效,研究结果可为基于载荷谱的拖拉机室内台架试验提供理论依据和参考。     

工程车辆传动系载荷谱编制方法

为研究工程车辆传动系疲劳载荷谱的编制方法,采集了装载机5种典型工况的传动件载荷信号,采用作业循环分成6段处理的方式,对原始信号进行预处理和特性分析,得到反映载荷变化规律的真实信号。对变速箱后传动法兰,利用雨流计数法对其载荷时间历程进行了统计处理,结果表明：后传动法兰铲掘段均值分布服从均值为1910 N·m、标准差为537.8 N·m的正态分布,其幅值服从三参数威布尔分布,并且均值和幅值相互独立。根据各个工况的作业时间比例,进行频次外推和合成,利用二维概率分布函数,建立了各作业段的8×8级二维载荷谱。应用Goodman方法,将二维载荷谱转化为8级一维载荷谱,编制成反映装载机传动系受载情况的程序载荷谱。该方法可为工程车辆传动系寿命预测以及疲劳寿命试验提供参考。     

拖拉机动力输出轴动态转矩载荷谱编制与验证

拖拉机动力输出轴(power take-off, PTO)室内台架耐久性试验中转矩加载主要以静态加载或静态逐级加载方式为主,这种加载方式输出的载荷与PTO实际作业中承受的载荷动态特性不同,导致试验中PTO的失效形式及测试寿命与实际作业中存在差异。针对此问题,该文对多工况下PTO动态转矩载荷谱编制方法进行研究,测取了沙土、黏土2种土壤类型下旋耕、驱动耙典型作业的PTO转矩,利用希尔伯特黄算法对转矩进行预处理,采用四点循环雨流计数法对转矩均幅值进行频次统计,利用散点矩阵统计方法分析4种作业工况均值、幅值相关性及均值、幅值分布类型。基于Miner法则及轴类20CrMnTi修正S-N曲线,在损伤概率50%、相对误差5%、置信水平95%的统计条件下,确定了转矩样本容量。利用时域外推方法对PTO转矩数据进行外推。以阈值区间内峰谷值均值差的方差为指标,检验了外推过程中选取的阈值造成峰谷值均值波动的可能性。对比外推1次后载荷时间历程与原始载荷时间历程变化趋势。在时域频次外推因子为240、转矩累计频次达到106、平均加权4类转矩时,得到PTO动态转矩载荷谱。利用编制的动态载荷谱,驱动拖拉机传动系动态加载试验台对PTO进行台架耐久性试验,试验结果显示,PTO发生失效的时长为642 h,失效形式为PTO轴头花键磨损,失效时间、失效形式与实际作业一致,验证了动态转矩载荷谱的有效性。     

基于DTW距离的拖拉机传动轴载荷样本长度计算方法

针对工程领域载荷样本长度确定方法对农业机械载荷适用性较差的问题,提出了一种基于动态时间扭曲(DTW,Dynamic Time Warping)距离计算载荷样本长度的方法。首先,运用无线扭矩传感器获取犁耕作业下拖拉机传动轴的动态载荷,结合传动轴犁耕作业下的载荷特点,划分作业工况;再将作业循环叠加并经过归一化处理后进行DTW距离计算,确定传动轴载荷样本长度;最后,计算参数外推中均值混合正态分布函数的拟合参数相对误差。结果表明,运用DTW距离方法确定的载荷样本长度,能够使均值双正态分布函数拟合得到的参数相对误差保证在10%以内。近似均值精度估计法和均值曲线拟合法的拟合参数相对误差最大值分别为126.06%和80.62%,而基于DTW距离计算方法的拟合参数相对误差最大值为5.43%,验证了基于DTW距离的载荷样本长度计算方法的适用性。研究结果可为拖拉机传动轴田间试验载荷样本长度确定提供参考。     

基于贝叶斯理论的工程车辆载荷样本长度计算方法

确定载荷样本长度是载荷谱编制的一个关键步骤,直接影响着零部件疲劳寿命预测的准确性。为了找到一种有效地确定载荷样本长度的方法,该文以轮式装载机为例,结合其零部件的受载特点,假定载荷均值服从正态分布,均值的先验分布也服从正态分布,提出了用贝叶斯理论和加权平方损失函数来计算载荷样本长度的方法。该方法以加权平方损失函数的后验损失期望值取最小值为条件,得到了包含先验信息、样本信息以及总体信息的后验参数估计值;然后结合t分布得到了在满足一定置信度和误差要求时的载荷样本长度。     

联合收割机行走半轴载荷测试系统构建与性能试验

为了给联合收割机行走半轴载荷谱的编制提供真实全面的载荷—时间历程,需要准确获取联合收割机行走半轴在典型作业工况下的载荷信号。该文在分析联合收割机工况特点和行走底盘结构特点的基础上,基于无线传感测试技术,通过选用合理的扭矩、转速传感器和数据采集系统,构建了一种联合收割机行走半轴扭矩和转速无线测试系统,并以沃得巨龙280型履带式联合收割机为样机搭载该系统,并进行了载荷测试性能试验,分析了该样机行走半轴在不同路面起步、直行、转弯时的扭矩和转速,确定了载荷测试性能的稳定性和可靠性。试验结果表明,该载荷测试系统方案合理、技术可行,所获数据稳定可靠。     

基于POT模型的大功率拖拉机传动轴载荷时域外推方法

为得到大功率拖拉机传动轴在田间作业工况下的载荷谱,该文针对传统传动系载荷谱编制过程中雨流计数及雨流域外推方法的局限性,提出基于POT(peak over threshold)模型的大功率拖拉机传动轴载荷时域外推方法。首先搭建了拖拉机传动轴扭矩测试系统,利用无线扭矩传感器采集大功率拖拉机传动轴在田间犁耕作业工况下的载荷数据;基于极值理论建立POT模型,利用灰色关联度分析方法选取最优阈值,确定时域载荷数据中上限、下限阈值分别为497和333 N·m。对超越阈值的极值载荷进行提取并利用广义帕累托分布(generalized pareto distribution,GPD)对极值载荷的分布进行拟合,拟合结果与极值载荷样本之间的相关系数均大于0.99,将生成服从GPD的新极值点取代原样本中的极值点从而实现时域载荷数据的外推。结果表明,GPD能够准确描述大功率拖拉机传动轴载荷超越阈值的分布情况,与雨流域外推方法相比,基于POT模型的载荷时域外推方法不仅可以获得任意里程的载荷时域序列,还能够极大程度保留实测载荷循环的次序,为今后大功率拖拉机传动系的室内载荷谱加载试验提供更加真实可靠的数据支持。     

农用运输车的载荷谱及应用

农用运输车的随机载荷可采用其均值、幅值二维随机变量描述,只要载荷均值和对数幅值的均值与标准差确定,就完全决定了载荷的统计特性。该文还例举了载荷谱的某些应用。     

典型工况下装载机液压系统载荷时间历程的制取方法

针对目前装载机发动机与液力变矩器功率匹配存在的缺陷,该文构建了装载机液压测试系统,确定了传感器压力信号与转矩间的定量关系。在分析确定装载机典型试验工况为铲装工况、采样频率为1000Hz与样本长度为60个作业循环的基础上,按照规范对装载机进行了实机试验,应用Vib’SYS和nSoft软件对试验数据进行了分段与合并处理、滤波与去异值处理以及数据平稳性检验,研究了装载机典型工况液压系统载荷时间历程的制取方法,并给出了铲掘原生土时液压系统消耗发动机转矩的单次典型循环时间为87.304s的载荷时间历程,该研究为装载机优化匹配设计提供依据。     

犁耕和旋耕作业发动机载荷的统计特性

了解发动机载荷动态特性是对发动机及机组系统进行动态性能分析和动态匹配的前提。该文根据对田间试验和土槽试验数据的各种统计检验,总结了犁耕和旋耕作业时发动机载荷阻转矩的一些基本的统计特性。证实了犁耕作业发动机的载荷可以认为是平稳的正态分布的随机载荷,其功率谱曲线的谱峰在低于2Hz处;旋耕作业发动机的载荷是兼有随机成分和周期成分的动态载荷,其中周期谐波的基频为刀轴转速,随机成分一部分能量集中于基频以内,部分分布于较宽频率范围。在常用的速度范围内,犁耕发动机载荷以及旋耕发动机载荷的低频随机成分的功率谱均可以采用一种单峰谱函数拟合     

液压机械无级变速装载机工况在线识别方法

液压机械无级变速装载机发动机转速与车速解耦,具有节油、高效的优点,为了解决其工况繁多、动力匹配问题,以某液压机械无级变速装载机为研究对象,基于液压机械状态参数开展了装载机负载估计理论分析和仿真,建立了负载估计模型,仿真结果表明该方法能准确估计液压机械段内负载,结果偏差在±4.69％以内.在负载估计方法基础上,建立液压机...     

装载机工作过程联合仿真与试验

为了分析装载机工作过程中的能量消耗情况,首先使用Pro/E软件建立了装载机工作装置的三维模型,将其导入Simulation X仿真软件中建立了装载机的动力学模型,同时使用该仿真软件建立了装载机工作装置液压系统模型,进一步建立了装载机联合仿真模型。然后针对正载和偏载2种典型工况中各个工作部件能量消耗情况进行了仿真和试验研究,通过比较仿真与试验结果,验证了所建立装载机工作装置机液联合仿真模型的准确性,获得了驱动工作装置液压系统在典型工况中的能量损失。结果表明:在正载工况下,多路阀的能量损失占49%;偏载工况下,多路阀的能量损失占52%。多路阀在一个工作循环中消耗能量最大,主要是中位卸荷损失。该研究为装载机液压控制系统节能设计提供了参考。     

基于性能评价网状图的装载机发动机与液力变矩器匹配优化

为了解决装载机发动机与液力变矩器匹配性能评定指标较多,多项评价指标权重难以确定的问题,该文提出了基于性能评价网状图的发动机与液力变矩器匹配优化方法。装载机发动机与液力变矩器匹配性能评定指标有额定工况接近度、起动能度、经济区宽容度、功率输出系数、燃油消耗率系数等5项,分别定义和计算5项匹配性能指标,根据计算值的大小构建发动机与液力变矩器匹配性能网状评价图,以网状评价图面积最小为优化目标,构建目标函数,优化液力变矩器有效直径。原液力变矩器有效直径等于0.360 m;优化后的装载机液力变矩器有效直径等于0.350 m。优化后发动机与液力变矩器匹配性能提高了5.7%。基于性能网状图的优化方法提高了发动机与液力变矩器匹配性能。     

电液流量匹配装载机转向系统特性分析

为降低小型装载机负荷传感液压转向系统在流量方面的能量损失,提出用伺服电机独立驱动定量泵的电液流量匹配转向控制方法。该文首先在Simulation X中建立了装载机整机联合仿真模型,对采用负荷传感转向系统的装载机在原地转向工况下进行仿真。构建了装载机试验测试系统,通过对比仿真与试验结果,验证了仿真模型的准确性。进一步将电液流量匹配转向方法应运于此仿真模型。维持与负荷传感系统相同转向特性的条件下,该系统在低速空载工况下使液压泵能量消耗相对负荷传感系统降低36%,高速空载为37%,中速正载为39%,中速偏载为28%,电液流量系统平均降低了转向过程中泵输出能耗约30%。该文提出的研究方法对装载机转向节能研究提供了参考。