常用载荷谱外推算法概述

载荷谱编制流程中,由于时间、测试成本等原因,只能实现短时间内载荷时间历程的测量,且必须采用载荷谱外推的方法来获得全寿命载荷谱。要获得反应零部件长期受载情形的全寿命周期载荷谱,载荷外推是最重要的环节,外推方法的优劣直接决定了编制载荷谱的质量,进而影响后期分析和试验的结果。本文通过综述几种外推方法的算法流程,对载荷谱外推方法的流程提供参考。     

深松铲工作载荷测试与载荷谱编制

深松铲在旱地农作物、甘蔗、牧草种植等作业中得到广泛应用。深松铲载荷谱是合理设计深松铲的重要依据,可为深松铲的优化设计与可靠性分析提供数据支撑。利用三维建模与有限元分析方法,建立深松铲的应力分析模型,确定结构损伤点;在大田条件下进行深松铲的载荷测试试验,对测试信号进行分析处理,应用雨流计数法等编制深松铲的一维载荷谱,得出: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3 516 MPa、30 MPa、45 MPa,其各自的载荷循环累积频次分别为277 671次、247 565次、289 693次,其各自的最大幅值为8 744 MPa、264 MPa、392 MPa,将最大幅值按非等间隔法处理得到8个等级,实验室程序加载时可将幅值按等级叠加在不变的波动中心上。     

基于FDR阈值自动选取的拖拉机PTO转矩载荷谱外推

针对时域外推过程中常用的阈值选取计算复杂、精度低等问题,基于错误发现率(False discovery rate,FDR)提出了一种阈值自动选取方法,并基于该方法进行了拖拉机动力输出轴(Power take-off,PTO)转矩载荷谱外推研究。首先,利用开发的拖拉机PTO转矩无线监测系统采集拖拉机作业工况下的载荷数据,并进行数据预处理;将顺序拟合检验与多重检验相结合,采用FDR自动阈值选取法选取了最优阈值,确定了时域外推数据的上限阈值为342 N·m,下限阈值为100 N·m;基于极大似然估计对超阈值数据进行了广义帕累托分布(Generalized Pareto distribution,GPD)尺度参数和形状参数的拟合,建立了PTO转矩载荷的超阈值模型,并与传统图像法的拟合结果进行了比较,结果表明,两种方法的拟合结果与载荷样本的决定系数均大于0.995;从拟合优度来看,对于上限阈值,自动阈值选取法的拟合优度比图像法的拟合优度降低8.7%,而对于下限阈值,自动阈值选取法比图像法降低31.21%。利用时域外推方法对PTO转矩载荷数据进行外推,对外推1倍后的载荷时间历程与原载荷时间历程进行对比分析;当时域外推因子为131、PTO转矩累积频次达到106次时,得到了PTO转矩载荷谱;基于统计学特征与雨流计数分析对外推载荷谱进行了验证,结果表明,外推后的载荷谱与样本载荷谱分布规律一致,能够在保留载荷特征的前提下实现均值、幅值的双向外推。     

基于损伤等效的拖拉机机罩频域振动疲劳加速试验研究

为了验证某拖拉机机罩是否满足颠簸试验标准的结构强度与疲劳寿命要求,根据疲劳损伤等效原则,采用频域疲劳加速方法,计算短时间实测载荷的损伤谱,并将损伤谱进行外推叠加,得到适用于电磁振动台加载的功率谱。通过台架试验验证了某拖拉机机罩的寿命能够达到设计要求。这种频域振动疲劳加速试验的载荷谱编制方法具有重要的实用价值。     

基于虚拟环境下低速履带车辆行驶载荷的研究

低速履带车辆的作业工况通常为田野地,路面不平度等激励引起的行驶载荷能够影响各个部件的可靠性和疲劳寿命。本文通过ADAMS/ATV履带车辆工具箱建立低速履带车辆拖拉机模型和虚拟测试路面模型,通过虚拟测试获得低速履带车辆行驶载荷垂向载荷,并通过核函数密度估计法将载荷进行适当的外推,即运用适当的外推方法将获得的样本量外推到一定的实际里程上来。     

花生联合收获机秧蔓夹持输送系统载荷谱编制

花生联合收获机夹持输送系统存在经常堵塞问题,对其液压系统的工作载荷进行研究极为关键。为得到反映花生秧蔓夹持输送系统的典型作业载荷谱,根据多次田间试验结果,选取花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为310、360、410r/min时的工况,进行系统液压马达田间作业载荷测试试验。针对大量的测试数据,采用转折点提取方式将载荷数据压缩至原来的1/50左右;随后利用雨流计数将时域内的载荷转换为雨流域内的均值、幅值载荷;再根据极大似然参数估计法分别对均值、幅值载荷数据进行统计分析。基于拟合检验结果分析得到,当花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为410r/min时,系统压力载荷均值和幅值分别满足分布均值为7.28、标准差为0.81的正态分布以及阈值为0.32、尺度参数为0.30、形状参数为0.90的三参数威布尔分布要求,可作为系统载荷谱编制的典型田间作业工况。由于室内台架试验以及花生秧蔓夹持输送系统机械零部件测试及产品结构优化设计的需要,将系统液压马达的压力信号转换为扭矩信号。根据均值、幅值的独立性,建立典型作业工况载荷的联合概率密度函数,采用载荷外推法得到液压马达输出轴扭矩的二维载荷谱,同时,结合实际试验加载的需求,进行二维载荷谱的降维操作,根据变均值法得到一维扭矩程序谱。     

混合动力汽车电机驱动系统二维载荷谱研究

编制以雨流计数法为理论基础的Matlab二维载荷谱程序,用以对混合动力汽车电机驱动系统载荷时间历程进行统计处理,得到载荷值、均值雨流矩阵,进行幅值、均值各自分布假设检验,以及独立性和相关性检验,获得二维联合分布概率密度函数,建立了混合动力汽车电机驱动系统台架试验用二维载荷谱。     

弯扭联合作用下随机载荷时间历程的统计处理

在实际工作中,弯扭联合作用下的载荷时间历程为一随机过程,作用在构件上的弯开和扭转应力很难得到对称循环,相位也常常发生变化。本文在以往工作的基础上,对弯扭联合作用下的随机载荷时间历程的统计计算模型及统计处理方法进行了探讨,其中包括对称循环条件的弯扭联合作用下的随机载荷时间历程统计处理和不同相位条件下的弯扭联合作用下的随机载荷时间历程的统计处理。该项研究已用于主战坦克平衡肘轴载荷谱数据处理之中。     

副车架疲劳载荷分析方法

结合LMSTWR软件,详细介绍了基于混合路面的轮心位移反求法求取副车架载荷谱的方法。通过在某MPV上布置合适传感器,在试验场测得道路载荷谱信号。根据实测的数据,建立整车多体动力学模型。基于处理后的道路载荷谱与多体动力学模型进行虚拟迭代,并进行副车架载荷分解。结果表明,迭代仿真得到的信号与试验值吻合度较好。     

基于城市轿车循环行驶工况的汽车轮毂疲劳寿命预测

以16×7J铝合金轮毂为研究对象,依据国内城市轿车循环行驶工况,分析轮毂行驶载荷谱,此种编谱方法可以真实反映轮毂所受载荷大小和作用位置。通过有限元分析得到轮毂受力危险点的应力-时间曲线,提取每一循环修正后的应力幅值编制应力谱。依据疲劳分析理论结合轮毂的S-N曲线,把应力幅值作为疲劳分析的基本参数,将改进的Miner公式用于轮毂的疲劳寿命预测,最终以"循环公里数"度量轮毂疲劳寿命。     

玉米籽粒直收机夹带损失检测系统设计与试验

针对目前玉米籽粒直收机籽粒损失检测系统缺乏检测夹带损失技术的问题,设计了基于嵌入式单片机的玉米籽粒直收机夹带损失检测系统。该检测系统包括损失检测传感器、数据采集器和数据显示终端,可以同时监测收获机的清选损失和夹带损失,实时反馈收获机的收获损失速率以及损失量。通过模态仿真软件对不同材料、不同厚度的监测板进行有限元分析,选择厚0.5 mm的不锈钢板作为监测板;运用Multisim对滤波器性能进行仿真分析;设计基于STM32系列单片机的自适应限时滤波算法,可以有效抑制谷物撞击引起的的余振干扰。在试验台架上,对不同大小的玉米籽粒、杂余以及玉米穗进行标定试验,获取信号特征;经装机试验表明,玉米籽粒夹带损失检测结果最大误差为9.96%,平均误差约为6.52%,损失速率变化趋势反馈及时,能够辅助工作人员进行作业决策。     

小型不对行玉米联合收获机设计

目前,我国玉米对行收获技术已基本成熟,而不对行收获技术还有待完善。设计一种与手扶拖拉机配套的调幅式不对行玉米联合收获机,该机既能实现不对行收获,又可根据玉米株行距、生长状况等无级调节收获幅宽,能一次性完成玉米果穗的摘取、集箱和玉米秸秆还田等作业。对我国广大丘陵山区实现玉米不对行收获机械化有重要的促进作用。      

基于载荷特性的玉米收获机车架有限元分析与试验

玉米收获机作为一种大型复杂的农业机械,其各工作部件与车架的连接和支承方式复杂。针对国内某款玉米收获机,基于各总成部件与车架的连接方式和载荷布置特点,提出了一套适用于其车架的有限元载荷施加方法。然后在车架表面选择8个测点粘贴应变片,通过整机装配实现车架的加载,在静态空载和静态满载两种工况下测试车架各测点的应力,对比分析有限元计算结果和试验结果：各测点有限元分析值和试验值应力变化趋势基本一致,除测点1试验值与有限元分析值相对误差较大,其他测点相对误差都在20%以内,从而验证了玉米收获机车架有限元模型加载方法的可行性。     

基于CT图像和RAUNet-3D的玉米籽粒三维结构测量

玉米籽粒构成和精细结构与玉米产量及品质直接相关。本文提出一种基于CT图像的玉米籽粒三维结构自动测量方法,快速提取、统计玉米籽粒成分和结构性状,评估不同玉米品种籽粒间性状差异。首先,利用Micro-CT获取批量玉米籽粒CT图像,通过Watershed算法准确分割出单颗籽粒;进而,设计基于注意力机制RAUNet-3D网络准确提取出籽粒胚;最后,建立自动化玉米籽粒表型管道,计算籽粒、胚、胚乳和空腔的共23项性状,用于玉米籽粒性状分析和品种鉴定。选取4个玉米品种籽粒（登海605、京科968、先正达408和农华5号）共120颗籽粒进行验证,结果表明籽粒CT扫描成像效率提高到1min/粒,籽粒表型提取效率为10s/粒,胚分割精度可达93.4%,粒长、粒宽和粒厚的R2分别为0.902、0.926和0.904,籽粒品种分类精度达90.4%。本文方法实现了玉米籽粒及其胚、胚乳、空腔三维结构无损、快速测量,提取的性状能够表征不同玉米品种籽粒间表型差异,为开展大规模玉米籽粒三维表型鉴定奠定了基础。     

联合收割机载荷测试系统构建与影响因素分析

为了给履带式联合收割机的传动系统及动力分配提供合理的设计依据,需要得到联合收割机的载荷测试信号。为此,根据联合收割机的整机结构特点,选用合理的扭矩、转速传感器和数据采集系统,设计了履带式联合收割机载荷测试系统,并以沃得飞龙型履带式联合收割机为样机搭载该系统,进行了水稻田间收获试验和底盘试验,测得该样机在极限工况下不同工作部件的载荷。试验结果为履带式联合机传动系统优化及动力分配提供了合理的设计依据。     

基于K-L变换与LS-SVM的玉米品种识别方法

为实现外观相似的不同玉米品种的有效识别,提出了K-L变换与最小二乘支持向量机相结合的籽粒品种鉴别方法.采用标记算法及多尺度小波分析方法获得玉米单籽粒图像,应用K-L变换技术提取籽粒图像的特征数据,设计了二叉树型多类LS-SVM分类器,实现了对特征数据的有效分类.通过试验分析,确定了较为合理的状态空间维数(L=3),正确识别率可达95.3%.     

玉米收获机低损脱粒智能控制系统半实物仿真平台设计

针对玉米籽粒收获机低损脱粒智能控制系统开发受场地和季节影响较大的问题,设计了一套低损脱粒智能控制系统半实物仿真平台。该仿真平台由仿真平台控制器、操作面板、演示面板、扶手箱、显示器和上位机组成。分析了玉米籽粒收获机低损脱粒智能控制系统的组成和收获控制器的测试需求,建立了玉米籽粒收获机关键作业参数调节过程的数学模型,基于STM32F407型单片机搭建了硬件在环仿真测试系统,并完成了试验台设计。进行了仿真平台和玉米籽粒收获机在空载条件下的作业参数调节开环对照试验,其中,滚筒转速仿真误差的数学期望为0.126r/min,标准差为0.776r/min;作业速度仿真误差的数学期望为-0.022km/h,标准差为0.094km/h;凹板间隙仿真误差的数学期望为0.041mm,标准差为0.147mm,验证了仿真平台对执行机构调节过程模拟的有效性。进行了信号模拟测试和收获控制器自动控制策略仿真测试,结果证明了仿真平台可用于玉米籽粒收获机智能控制系统的开发和控制策略的测试,提高了系统开发效率,缩短了开发周期。     

玉米机械化收获减损技术

系统分析了不同机型条件对玉米收获损失率的影响,初步研究不同机械收获方式及籽粒含水率对玉米机械收获损失率的影响,并建立含水率与损失率的关系模型。结果表明,不同机型条件对玉米机械收获损失的影响显著,且落粒损失与落穗损失存在显著影响关系,同时摘穗型收获的损失率高于籽粒型收获损失率。不同含水率条件对玉米机械收获损失的影响显著,含水率与损失率存在线性关系,当籽粒含水率＜25%时,籽粒损失率＜3%。该研究可为玉米机械收获减损技术的研究与推广提供数据支撑和科学依据。