挖掘机液压泵载荷分析及编谱方法研究.pdf

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试验·研究
Test and Reasearch
掘机液ほ泵載荷分析及
谱方法研
李莺莺,杨清淞,刘志东1,侯超1,邓伟情1,许睿1,刘沛,屈殿森2
1.天津工程机械研究院;2.SEW-工业减速机(天津)有限公司
摘要」进行挖掘机液压元件的可靠性试验研究首先要获得其实际工况载荷谱。对挖掘机液压泵的载荷进行采集,经过载荷数
据分析和处理,采用雨流法对液压泵压力載荷进行分段计数统计,并采用非参数估计的方法将载荷谱外推至全生命周期。经过
对载荷谱的筒化处理,最终得到适用于液压泵可靠性台架试验的试验加载谱。
关键词:挖掘机;液压泵;戴荷谱;试验加载谱
进行液压泵可靠性分析、试验方法等方面的研究,首
液压泵载荷测试系统的构成如图1所示,液压泵的
先需要获取液压泵的载荷谱,并以此为基础,开发符合实压力信号属于低频信号,选择10ms的采样周期足以保证
际工况的液压泵可靠性试验方法。
采集到的信号不失真。
图2为泵1出口压力pa和泵2出口压力pa在连续
1液压泵载荷数据的采集
两个工作循环下的曲线,信号呈明显的周期性变化,通过
挖掘机用液压泵的受载情况主要由其双泵的出口同时采集的动臂液压缸行程位移D、斗杆液压缸行程位
压力表征。对液压泵的整体情况进行分析,除了需要采移D、铲斗液压缸行程位移D和上车的回转角度A,的
集双泵出口压力外,还需要获得双泵出口流量、泵的二变化趋势,可以分辦出挖掘机一个工作循环的挖掘、提
次调节压力等参数,此外还需要结合挖掘机的工作状升、回转、卸料、返回和下放的6个工作段,以便于对载荷
态,同步记录载荷发生时在一个工作循环内所处的工作信号进行分析。
段。因此,要对挖掘机动臂液压缸、斗杆液压缸和铲斗液
压缸的位移,以及挖掘机的回转角度进行同步数据采2载荷数据的分析
集。液压缸行程的测量可以采用拉绳式位移传感器,挖2.1样本容量的确定
掘机回转角度的测量可以采用非接触式的磁性位移传
挖掘机液压泵工作过程的实测信号明显地随6段作
感器进行间接测量。
业工况的循环变化而周期性地重复。因此可将一个完整
作者简介:李莺莺(1979~),女,吉林桦甸人,高级工程师,博士,研究方向:工程机械载荷谱和节能技术。
14工乱」2075-2
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工程截
第46卷第2期
总第496期
数据采集设备
泵1压力传感器
泵2压力传感器
斗杆位移传感器
二次压力传感器
泵1流量传感器
泵2流量传感器
动臂位移
铲斗位移传感器
传感器
回转位移传感器
/, 5 m
图1液压泵载荷测试系统
第一循环
第二循环
平(-和8)。通过变换N值,即可得到不同样本容量下的
40
8和8s,见图3
20
0.25
0.20
510152025303540
40
t/s
e0.20
0.5R
20
00
长
10152025303540
t/s
国0.05
00y/
050100150
050100150
样本容量N
样本容量N
t/s
图3样本组波动水平随样本容量的变化趋势
152025303540
t/s
采集挖掘机对于同一种物料在同一种工作模式下的
300个完整作业循环数据,分别取样本容量N=10,
20,30,50,60,75,100,159,对泵1出口压力(p21)的数据进
行检验。随着样本容量的增大,各样本组的均值波动水平
u/s
100
8和方差波动水平逐渐降低,当样本容量N≥100时,
8和6均≤0.05,具有显著的稳定性水平,因此确定数据
0152025303540
处理的样本容量为100个工作循环。
2.2载荷信号的预处理
图2液压泵載荷测试曲线图
受测量系统本身及测量环境中各种干扰因素的影
作业循环的全过程采样数据作为一个样本。为确定能够响,实际采集的数据中,通常或多或少都会存在一些噪声
代表样本母体需要处理的作业循环数,必须进行样本容信号,需要采用滤波措施,滤除或者衰减噪声信号,提高
量的检验。
系统的信噪比。挖掘机液压泵的输出压力信号属于典型
设样本容量为N,以N为等间隔对全体样本数据进的低频信号,只有稳定平坦的通频性能才能最大限度地
行分组,计算各组数据的均值E和标准差S及其波动水保证其有用信号的完整,故最终选用截止频率为10Hz
20152工霜115
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的3阶 Butterworth(ピ特沃斯)低通滤波器进行滤波。图4在双泵压力开始相同的时刻;V2和V3段的时间区分发
所示为压力信号滤波前后变化对比。
生在双泵压力开始不同的时刻;V3和V4的时间区分发
生在回转角度信号变化率降低且泵2压力开始突然上升
38
兴潓波前
的时刻;V4和V5的时间区分发生在回转角度信号开始
36
滤波后
变化且泵1压力开始突然上升的时刻;V5和V6的时间
32
30
区分发生在动臂液压缸位移开始降低且泵1压力开始突
8642
变上升的时刻;V6和V1的时间区分根据3个液压缸的
20
位移判断,发生在位移开始增大且泵1压力突增时刻。
16
M
工作段刘分完毕后,将同一次测试同一测点相同工
14
作段的载荷信号进行连接,以实现载荷信号的分段处理
8
图6所示为3个连续作业循环V5工作段信号数据连接
6自
前后的对比图。不同工况下各工作段的载荷特征如表
508510512514516518520522524526
所示
图4压力信号滤波前后变化对比
2.3载荷特征分析
20
将挖掘机典型的挖掘装载作业所包含的挖掘提升、
回转、卸料、返回、下放等6个工作段分别用V1,V2,V3
951001051101I5120125130135
V4,V5,V6表示,不同工作段的载荷差异很大,分段作业
的特性非常明显。应以工作段为基本单位进行载荷特征
(a)数据连接前
分析和载荷谱的编制,见图5所示。
40
V2?V3?V4
V5?V6
0
乏
10
0
(b)数据连接后
图6同一工作段载荷信号的连接
V1
V2:V3
4
V5:V6
3基于雨流计数的载荷统计
10
对随机载荷进行统计处理的方法主要有功率谱法
和计数法。前者主要是通过快速傅立叶变换得到载荷的
929496
功率谱密度函数;后者是将载荷时间历程简化为有限个
图5载荷信号工作段的刘分
全循环或半循环,得到表征载荷量值及其出现次数关系
的载荷频次图。如果从功率谱密度函数图上发现载荷处
各工作段划分的具体方法是:根据泵1和泵2出口于高频段,则用功率谱密度函数曲