混凝土泵车臂架疲劳载荷谱研究.pdf
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1、混 凝 土 泵 车 臂 架 疲 劳载 荷 谱 研 究 宰 雷新军, 刘永红, 张向阳, 欧耀辉 ( 三一集 团研究总院) 摘要: 混凝土泵车臂架工况繁多, 获取泵车臂架疲劳载荷谱对臂架疲劳分析具有重要意义。 进行混凝土 泵车臂架多工况载荷谱采集试验以获取载荷谱, 并进行雨流分析, 统计处理, 通过假设检验获取载荷谱分布规 律。根据载荷谱对臂架造成的损伤进行整合编制, 同时考虑载荷谱作用顺序效应和相互作用效应, 提出一种全 寿命载荷谱编制的方法。利用该方法编制载荷谱进行疲劳分析计算 , 并与实际故障信息作对比, 所得计算结果 与实际故障吻合。 关键词: 混凝土泵车; 臂架; 载荷谱: 疲劳验证
2、混凝 土泵车在泵送工作过程 中受到 多种 载荷 作用 , 臂架结构在 交变应力 的作用下 , 易产生疲 劳 裂纹。目前已有多种工程机械结构的可靠性疲劳寿 命的预测方法 , 其中对疲劳载荷谱的研究更是受到 关注 , 但是对于混凝土泵车疲劳载荷谱方面的研究 较少。 。本文通过对混凝土泵车的多种工况分析 , 研 究混凝土泵车疲劳载荷谱的特点和编制方法, 并通 过疲劳仿真与开裂故障进行验证。 1 泵车疲劳载荷谱分析 1 1 疲劳载荷谱工况试验 混凝土泵车的臂架具有伸缩性 , 泵车工况与臂 架之间的角度直接相关 , 如图 1 所示。为 了使 载荷 谱具有普遍性 , 本文选取 6种典型工况 , 进行混凝
3、土泵送试验 , 采集泵车疲劳载荷谱 。载荷谱采集部 位选取原则为 : 选取疲劳故障开裂发生频次较高点 和应力值最大点 , 通过试验测试获得所有测点载荷 谱。测点在各节臂架上分帮 睛况如图 2 所示。 混凝土泵车在施工过程 中受到 的载荷类型主 要包括 : 风载 、 重力 、 末端 冲击及混凝土对布料杆的 冲击等。疲劳载荷谱采集试验选取的 6 种工况中, 臂架之间的夹角值如表 1 所示。 采集混凝 土泵 车在不 同工况下臂架 的应力应 图 1 泵车臂架姿态 表 1 6种试验工况下臂架夹 角值 ( 。 ) 工况 l 工况 1 7 9 1 1 4 5 O 1 6 6 5 1 0 9 6 1 2 9
4、0 工况 2 7 7 1 7 9 3 1 7 9 2 1 7 6 9 1 4 3 5 工况 3 8 8 0 1 7 9 5 1 0 4 8 1 7 3 8 1 0 2 0 工况 4 7 3 9 1 6 7 0 l 5 3 7 1 3 8 6 l 5 1 0 工况 5 8 6 7 8 6 O 6 1 2 - 9 8 l 2 1 0 工况 6 5 6 - 3 5 5 2 5 0 8 3 8 0 1 8 7 基金项 g t : 国家“ 8 6 3 ” 计划项目( 2 0 0 8 A A 0 4 2 8 0 2 ) 作者简介: 雷新军( 1 9 8 3 一) , 男, 湖北武汉人 , 工程师, 硕士,
5、 研究方向: 工程机械试验测试技术、 动力学及结构疲劳研究。 一 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 1 号臂架 2 号臂架 3号臂架 4号臂架 1 3 1 4 1 5 5 号臂架 1 - 1 5表示应变片和应变花 表示倾角传感器 图 2 载荷采集点分布情况 变时间历程 , 并进行分组整理 , 共得到 6组载荷谱 数据 , 分别 为 G , G : , G , G , G , G , 其 中 G 。 ( 工况 1 ) 中某测点数据经数据处理后结果如图3 所示。 U 900 2U 9 40 960 98 0 时间 s 图 3 工况 1中某测点疲劳载荷谱 1
6、 2 泵车臂架疲劳载荷谱特点 由于试验数据大,本文仅对 G 数据进行分析 , 载荷谱对疲劳损伤的影响程度与载荷谱的幅值、 平 均值关系密切, 而与频率基本无关。对载荷谱进行 雨流分析 ,以便于分析臂架疲 劳载荷谱 的特点 , G 中某测点采集 5 0 s 获得 的载荷谱雨流分析 如图 4 和图 5所示。 一 图 4 载荷谱雨流分析直方图 图 5雨流分析二维统计 由雨流分析可知 , 载荷谱 中最大变程循环的循 环次数为 1 , 设此循环为 c 同理 G 中其它变程循 环分别为 C C , , , C i 为雨流统计获得 的不 同变程循环的个数 。 由图 4与图 5可知 , 昆凝土泵车臂架结构的疲
7、 劳载荷谱 主要有以下特点 : ( 1 ) 分布规律 : 对任意单一工况 , 基频载荷基本 上在 同一平均载荷水平上循环 , 且交变载荷的幅值 具有较好分布规律 , 大致呈对数正态或正态分布。 ( 2 ) 分散性 : 由于泵车泵送环境的变化 , 臂架 固 有 的机动性及驾驶员操纵影响 , 同一工况 、 不 同工 作 时间的实测载荷 ,不可避免地存 在一定的分散 性。这种分散性可能导致同一状态的载荷会在一些 泵送过程 中造成损伤 , 而在另一些泵送过程 中不造 成损伤的差异。 豢、 2 疲劳载荷谱的编制 薹 在结构发生疲劳损伤的过程 中, 存在载荷相互 作用效应和顺序效应嘲 , 其中在裂纹扩展阶
8、段载荷 的相互作用效应明显 。Mi n e r 疲劳累积损伤理论 中 没有考虑载荷谱相互作用效应和载荷顺序效应 , 为 了提高疲劳寿命分析的准确程度 , 在载荷谱编制阶 段应尽量消除两种效应造成的寿命误差。 泵车在其整个生命周期内多为循环作业或者 近似循环作业 , 臂架承受交变循环 载荷 , 因此用 于 编制载荷谱的实际载荷时间历程必须为典型载荷 循环。 2 1 循环载荷谱的假设检验 1 9一 m 遵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 由于泵车工况的多样性 , 且同一工况多次泵送 过程 中臂架应力水平的差异 ,载荷大小常常改变 。 依据经验 , 只有在同类型载荷状
9、态下的实测数据才 适于作 为取 自一个母体的子样 , 因此 , 必须根据不 同的工况分别进行统计处理。另外 , 在疲 劳寿命计 算中往往希望知道各种工况所构成的损伤, 因此有 必要对各种工况作统计处理 。母体推断采用相关系 数法 , 并进行 回归分析 , 以确定母体参数的估计值。 对每种工况的载荷分布类型进行假设检验。现以 G 为例 , 雨流统计数据 如表 2所示 , 其 中超值 累计频 数 为超过该幅值范围的循环次数 。 表 2 数据经 雨流统计结果 f 序号 幅值, M P a 频数 超值累计频数 频率 ( ) l 3 57 -7 1 4 2 8 9 9 2 8 28 2 7 1 4 -
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