[發明專利]一種起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測系統與方法

有效

• 申請號: 202110474861.3
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113295360B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 張連英;馬超;李兵;李雁;朱思宇;常永鵬;姜雨辰;于洋;仇培濤;朱炯
• 申請（專利權）人: 徐州工程學院
• 主分類號: G01M7/04
• 分類號: G01M7/04;G01M7/02
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 薛茹丹

1.一種起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測系統，其特征在于，包括零部件振動疲勞危險點傳遞函數標定機構(1)和起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測機構(2)；

所述的零部件振動疲勞危險點傳遞函數標定機構(1)用于確定零部件的振動疲勞危險點(205)，其包括實驗用故障監測零部件(101)、實驗零部件安裝支架(102)和振動試驗臺(103)，實驗零部件安裝支架(102)包括上部連接桿一(102-1)和下部支撐座一(102-2)，連接桿一(102-1)的上端與實驗用故障監測零部件(101)連接，支撐座一(102-2)下端通過螺栓一(104)安裝于振動試驗臺(103)上；

實驗用故障監測零部件(101)上設有多個應變傳感器(105)，各應變傳感器(105)和振動試驗臺(103)均分別與數據采集儀一(106)的一端連接，數據采集儀一(106)的另一端與數據處理器一(107)連接；

所述的起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測機構(2)用于對由零部件振動疲勞危險點傳遞函數標定機構(1)確定的零部件的振動疲勞危險點(205)進行壽命監測，其包括故障監測零部件(201)、零部件安裝支架(202)和底盤車架主體(203)，零部件安裝支架(202)包括上部連接桿二(202-1)和下部支撐座二(202-2)，連接桿二(202-1)的上端與故障監測零部件(201)連接，支撐座二(202-2)下端通過螺栓二(204)安裝于底盤車架主體(203)上；

故障監測零部件(201)上標定有多個振動疲勞危險點(205)；

支撐座二(202-2)上設有加速度傳感器(206)；加速度傳感器(206)與數據采集儀二(207)的一端連接，數據采集儀二(207)的另一端與數據處理器二(208)連接。

2.根據權利要求1所述的一種起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測系統，其特征在于，所述的加速度傳感器(206)的安裝位置靠近底盤車架主體(203)和零部件安裝支架(202)的連接螺栓處。

3.一種起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)通過有限元仿真確定零部件的振動疲勞危險點(205)：

利用零部件振動疲勞危險點傳遞函數標定機構(1)的連接方式，建立實驗用故障監測零部件(101)的虛擬振動疲勞仿真模型，在零部件模型約束處加載強化路面PSD載荷譜，進行隨機振動疲勞仿真分析，計算得到在強化時間T_str內零部件的不同測點的疲勞損傷值D_simi，對不同測點的疲勞損傷值D_simi進行排序，選取前n個較大的疲勞損傷值對應的點為零部件的振動疲勞危險點(205)；

2)通過零部件振動疲勞危險點傳遞函數標定機構(1)計算步驟1)中選取的零部件的振動疲勞危險點的傳遞函數H_i：在實驗用故障監測零部件(101)的零部件的各振動疲勞危險點(205)上對應地粘貼一個應變傳感器(105)，加載強化路面PSD載荷譜，通過數據采集儀一(106)采集各應變傳感器(105)的實時測試應變值ε_iout并傳送至數據處理器一(107)，數據處理器一(107)對第i個振動疲勞危險點的傳遞函數H_i進行計算，計算公式為：

式中，σ_iout為第i個振動疲勞危險點(205)的測試響應應力；E為零部件材料的彈性模量；a_psd為振動臺輸入加速度PSD載荷譜；

3)將步驟2)中得到的傳遞函數H_i輸入起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測機構(2)的數據處理器二(208)中，計算振動疲勞危險點(205)的響應應力；

4)利用步驟3)計算得出的振動疲勞危險點(205)的響應應力對工作狀態下的零部件振動疲勞危險點(205)進行壽命監測：將故障監測零部件(201)通過零部件安裝支架(202)安裝于底盤車架主體(203)上，加速度傳感器(206)布置于靠近螺栓二(204)處的支撐座二(202-2)上，當起重機底盤處于行駛狀態時，數據采集儀二(207)實時采集加速度傳感器(206)的實時加速度值a(t)，數據處理器二(208)每隔ΔT時間計算一次數據采集儀二(207)采集的實時加速度值，得功率譜密度函數a(f)，并結合傳遞函數H_i計算各個振動疲勞危險點(205)的響應應力σ_iout，則第i個振動疲勞危險點的響應應力計算公式為：

σ_iout＝H_ia(f)，

計算得到第i個測點響應應力σ_iout后，結合Dirlik算法和材料S-N曲線，計算出在ΔT時間內第i個振動疲勞危險點(205)的疲勞損傷值ΔD_i，把不同ΔT時間的疲勞損傷值疊加起來，得到第i個測點在工作總時間T內總的振動疲勞損傷值D_i為：

D_i＝∑ΔD_i，

當D_i＜1時，表示第i個測點未發生振動疲勞損傷破壞；

當D_i＝1時，表示第i個測點的振動疲勞損失累積到發生疲勞破壞，需要對該零部件進行更換。

4.根據權利要求3所述的一種起重機底盤關鍵零部件振動疲勞壽命監測方法，其特征在于，步驟4)中，振動疲勞損傷值D_i通過選取安全系數m，m不小于1，來對振動疲勞危險點(205)的振動疲勞壽命進行監測：

當時，說明第i個測點未發生振動疲勞開裂，零部件結構可靠性，可正常使用；

當時，第i個測點的振動疲勞損傷值接近疲勞開裂損傷臨界點D_i＝1，存在開裂的風險，需要對該零部件進行更換。