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。     

基于混合分布的轮式装载机半轴载荷谱编制

为进一步得到反映非道路车辆实际作业工况的载荷谱,该文针对传统编制方法中单分布难以实现载荷多峰分布的拟合问题,提出了基于混合分布的载荷谱编制方法。采集轮式装载机载荷数据,按"V"型作业模式分成6作业段,雨流计数后得到均、幅值载荷数据,以混合分布函数和单分布函数作为函数拟合模型并进行参数估计。结果表明:空载前进、铲掘、满载后退、卸料以及空载倒退段的均、幅值混合分布估计效果优于对应的单分布,且均值混合分布函数的决定系数比对应单分布函数的决定系数分别大32%、2.3%、25.1%、40.1%和160.8%,幅值混合分布函数的决定系数比对应单分布函数的决定系数分别大8.3%、6.7%、1.4%、6.2%和1.2%;满载前进段均值混合分布的拟合效果优于对应单分布的拟合效果。利用拟合效果较优的分布进行频次外推和合成得到二维载荷谱,有助于编制出反映装载机半轴实际受载工况的一维载荷谱,为半轴疲劳分析提供数据参考。     

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。     

推土机载荷谱研究与开发(Ⅵ)——推土机车架纵梁程序加载载荷谱的编制

通过对作用于推土机车架纵梁载荷的平稳性检验，求出载荷分布的概率密度函数，进而编制出程序加载载荷谱。     

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。     

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。     

轮式车辆传动系动态阻尼的研究

研究了车辆传动系配合件润滑状态及摩擦系数的变化规律,推导出配合件摩擦扭矩及轴系内摩擦阻尼力矩的计算公式。得出传动系配合件摩擦扭矩和轴系内滞阻尼力矩的增加,对动力传动系自激振动起到了控制环节作用的结论。     

动力差速转向机构履带车辆载荷比与转向系数的关系

为了研究采用动力差速转向机构的液压机械双流驱动系统履带车辆转向时的功率增长程度,该文对其载荷比和转向系数进行理论研究,并获得了两者之间的关系,与其他转向机构的载荷比-转向系数射线比较,分析了载荷比的增长情况。通过样机试验和计算获得了载荷比和转向系数的数值和关系,并绘制了载荷比-转向系数射线。载荷比与转向系数的关系可用来评价动力差速转向机构的转向性能。该文为进一步分析采用动力差速式转向机构的液压机械双流驱动系统的转向性能提供了参考。     

推土机载荷谱研究与开发（Ⅰ）——推土机现场作业时多参数的实时测试

通过对推土机现场作业时的工作装置、传动系和主要结构件的动态工作载荷和工作应力的测试与分析，获得其在各种典型工况下的特性，为整机及各部件设计与性能分析提供依据     

轮式车辆动力传动系自激振动研究（Ⅱ）

提出了轮式车辆传动系的自激振动中地面附着力输给系统的振动能量和系统消耗的振动能量的计算公式，研究了该自激振动的反馈控制系统，得知在开始产生自激振动时，瞬时滑转率在地面附着力与滑转率关系曲线的负阻尼区中变化，但当自激振动的振幅增大到超过某一值后，瞬时滑转率的变化范围扩展到正阻尼区，从而控制了自激振动的振幅。     

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。     

基于功率谱和共振峰的母羊发声信号识别

内蒙古及周边西部地区正在发展规模化种草设施圈养,这种养殖模式要求较高的福利化饲养水平。母羊在不同的应激行为下会发出不同的声信号,可以通过识别母羊发声信号去评价其健康状况和福利化养殖水平。该研究以成年小尾寒羊为例,通过无线语音数据采集卡,平均采集80只母羊在寻羔、饥饿和惊吓3种应激行为下的发声,用Audacity软件共分割成1 200句叫声信号,并用带通滤波和小波消噪进行预处理。每种应激行为下再随机选取200句发声信号,共计600句进行AR（auto-regressive）功率谱估计和共振峰分析,提取第1、2和3共振峰频率和6个代表性的功率谱估计频域参数：功率谱密度的平均值、几何平均值、中值、切尾平均值、平均绝对偏差值和四位分极差,同时也提取叫声信号的最大值、持续时间和间隔时间时域参数,这些特征参数用于训练BP（back propagation）神经网络母羊发声信号识别模型,剩余的600句发声信号用于测试模型的识别效果。结果表明：母羊在不同应激行为下的发声信号具有明显差异的特征参数,采用共振峰参数训练的BP网络,其对母羊发声信号的正确识别率为85.3%,高于利用AR功率谱估计参数的81.0%,当2种参数进行组合训练BP网络后,其正确识别率可达93.8%,表明这种方法的识别效果更好,由于在同一种应激行为下,不同年龄和体质量的母羊发声信号具有一定的差异性,使得系统的误识别率达到6.2%。     

松软地面履带车辆差速转向实际载荷比的研究

为了更好地分析动力差速转向机构的转向性能,对试验样机在松软土壤上进行了试验,得到了实测载荷比与转速比、打滑率、转向半径、转向系数等影响因素的定量关系。试验结果表明,小半径差速转向时,低速侧履带的滑转程度大于高速侧履带的滑转程度,但载荷比和滑转率的变化关系不明显;大半径转向时,载荷比越大,低速侧履带的滑移越大,高速侧履带的滑转越大。转向时的实测载荷比随着实测转向半径的增加而减小,载荷比和转向系数亦满足理论射线关系。该文通过理论与试验研究为履带车辆差速转向机构的设计和转向性能的改进提供了一定的理论依据。     

轻载荷条件下轻型车辆车轮牵引通过性模型的建立与验证

为研究轻型地面车辆松软地面通过性能,针对轻载荷条件建立车轮牵引通过性预测模型,该文采用轮上载荷为30~90 N的轻载荷条件,以轮上载荷和轮径度为试验因素,车轮沉陷、挂钩牵引力和牵引效率为试验指标,开展滑转条件下轮壤相互作用试验研究。分析了试验因素对车轮牵引通过性的影响规律,发现载荷因素对试验指标的影响最为显著,显著性检验的置信度达90%。沉陷随着轮径的减小以及轮上载荷和滑转率的增加,车轮沉陷均呈现增加趋势,平均相对增加率分别为14.3%、36.9%和77.4%。挂钩牵引力随着载荷、滑转率和轮径的增加平均提高了约263%、295%和29.71%,牵引效率最大值均值为0.23,对应的滑转率为26.86%。基于传统沉陷模型和轮壤接触应力分布线性化公式,结合车轮土槽试验结果,建立了适合滑转条件的沉陷模型,模型计算值与试验值残差低于3.6 mm,平均相对误差小于6.4%,结果表明该模型能准确预测轻载荷条件下车轮沉陷。该研究为轻型车辆研制、轻载荷条件下车轮牵引通过性评估提供了参考。     

履带车辆差速转向机构转向过程动态特性的试验方法

该文研究了履带车辆在不同转向半径下转向的两侧履带功率流动特性及液压无级差速转向机构的工作原理。在此基础上,确定了用试验台模拟履带车辆转向过程的试验方案,提出了用试验台驱动装置模拟发动机特性以及加载装置模拟转向过程动态负载的方法,完成液压无级差速转向机构转向过程的动态特性试验。结果表明：履带车辆转向过程中内侧履带由输出功率到输入功率以及外侧履带输出功率进一步增大的变化特点,能够在液压二次调节实验台上予以完成。此试验方法成功解决了履带车辆转向特性试验的台架实现问题。