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内容简介：

附录1：外文翻译基于矩杆的高空作业平台车基座框架加速寿命试验摘要：高空作业平台的需求逐渐增加。为了减少现有材料的短期增加成本，安全轻便的结构是有必要的。为了实现这一目的，本文开发了一种用混凝土和钢制成的基架结构。然而，当测试结构的耐久性和安全性时，很难复制现场条件。在这项研究中，进行了再现和加速寿命试验的现场操作条件下的基架的失效分析。此外，还介绍并证明了由于设备顶部的重量和风引起的力和力矩高空作业平台特性的等式。同时对使用实际尺寸框架再现故障模式的下框架施加使用力矩杆的失效再现机构的力和力矩。此外，通过使用无失效寿命试验时间、形状参数和加速因子来诱导加速寿命试验时间，这应该考虑到现场操作条件。性能测试是在下部框架的弱点处连接应变仪以证明力矩棒的有效性之后进行的。从有限元分析得到的应变值与实验数据具有一致的结果。这意味着力矩杆可以应用于其他高空作业平台。关键词：高空作业车；底架；可靠性；加速寿命试验；失效模式；力矩杆1 介绍最近，由于图1所示的多层公寓和建筑物的数量和高度的增加，使得高空作业和高空作业的高空作业车的需求增加。这些车辆包括扩展臂、工作平台、液压动力单元、安装在发动机上的上部框架和基础框架。图1.高空作业平台车辆和油漆船舶的现场使用在操作过程中支撑车辆上部的底座已被广泛研究，因为它必须设计成具有较大的安全系数以防止现场发生事故。从安全角度来说，下车架是车辆的关键部件。 然而，包括高空平台车在内的工程机械市场受到经济衰退影响而降低设备价格的压力。因此，已经进行了研究，以尽量减少基础框 架的重量。 与以前的型号相比，即使重量较轻，车架也必须具有足够的安全系数。研究广泛地集中在提升操作员的铲斗的安全性以及从起点移动到操作员想要工作的位置的悬臂延伸部分。这是因为当车辆运行时工作人员对这些部件非常敏感。所有这些要素都应该通过本领域适当采用的方法进行仔细测试。然而，支撑吊杆和平台的上框架下的基础框架没有被测试，因为它具有比其他部件更高的安全系数。对于工作平台车辆制造业，由于与出口市场的主要竞争对手相比，品牌知名度低，因此制造商通过降低成本来努力提高其在价格和质量方面的竞争力。这是通过最小化钢板厚度来实现的，因为所使用的原材料具有较高的比重。图帕克 1表明，应用于铁路和轴套的焊接框架通常经过循环耐久性测试。史密斯2提到，运送人的桶和移动的繁荣正在被积极研究。米歇尔等人 3通过实验研究了混凝土 - 钢界面处的损伤与平原和纤维增强混凝土中钢筋腐蚀开始的关系。弗雷迪亚尼 4对皮斯托亚（意大利）的布雷达为华盛顿特区（美国）的铁路建造的卡车框架进行了疲劳和静态测试。为了获得完全可靠的测试，计划和制造了一台钻机，以便以与实际情况机械相同的方式限制卡车车架，并正确地施加验证载荷。布希 5研究了钢 - 混凝土组合梁在全部和部分剪力连接下的抗弯构件的抗震性能。Babaei 6,7介绍了一种经验分析方法来评估受到均匀和局部脉冲加载的薄圆形低碳钢板的力学行为。本文提出了螺栓连接机构、太阳能空气加热器和旋转间隙接头的方程组三个模型，研究了构件在系统作用后的行为8-10。为了准确预测220t矿用自卸车车架的疲劳寿命，提出了一种将多体动力学分析与有限元法相结合的疲劳寿命分析方法11。古 12表明，在超过结构疲劳设计寿命之前，采矿翻斗车的A型框架出现裂缝。为了准确预测该构件的裂纹位置和疲劳寿命并阐明其机理，提出了一种结合实验和仿真的疲劳寿命分析方法。韩 13在全尺寸试验台上也提出了城市磁悬浮列车转向架疲劳强度评估的疲劳试验。Pinheiro 14提出了一种在循环内压下对受损钢管进行疲劳分析的方法。这种方法采用应力集中系数，通常用于修改高周疲劳载荷下金属结构的标准S-N曲线。图2.以前和改进的基本框架预计使用钢 - 混凝土产品的方法可以通过使用低价回收材料实现所需的设计重量，同时最大限度地减少材料厚度，从而实现30的成本降低。基础框架的厚度以前是30毫米，如图2（a）所示；但是，在改进之后，它改变为8毫米，如图2（b）所示，它显示了平衡混凝土的方形情况。表2.几种运行条件下的振动数据（mG）表1.失效模式和机理分析随着材料厚度的减小，产品的质量和价格竞争力需要定量测试。该测试考虑了改进基架中使用的产品的技术方面和价格竞争力，例如缩短制造工艺，质量改进，风险移除和安全设计。本研究的目的是提出一种基于力和力矩建模的与现场工况相匹配的矩杆再现装置。加速寿命测试时间是通过使用在现场操作条件下考虑的基架的无故障寿命测试时间来计算的。使用力矩棒装置进行寿命试验以验证基架的耐久性，并且进行有限元分析以比较应变测试和FE分析之间的应变值。2.故障模式和建模矩形栏 2.1现场条件图3.最小和最大时刻位置高空作业平台车辆通常用于建筑物的建造和大型海洋船只的喷漆和清洁。当车辆移动到工作位置时，车辆下部的重量对于稳定车辆特别重要，如图3（a）和（b）所示，它们分别表示从枢轴点出发的最小和最大力矩位置。底座由钢板组成，保护内部部件和混凝土，以平衡底座的重量。底座的重量可以通过在底座上加入钢板焊接的混凝土来控制。在现场的车辆操作过程中，基架承受由发动机直接安装在基架上并由于路面的表面状况引起的振动。图4.运行期间测得的振动数据基础框架的破坏模式涉及钢板和混凝土的断裂，这又包括与基础框架的目标重量匹配的铁的强度。基础框架的主要失效模式，如表1所示，是焊接部件中的断裂。为了测量操作条件，例如现场振动，传感器沿着车辆的基础框架沿三个轴线连接。表2显示了带操作条件的测量数据，例如无操作，动臂伸展，动臂伸缩和三轴摆动。这些数据是在1500和2400 r / min的发动机转速下获得的，以检查随着时间的推移产生的振动量。图4显示了30秒内测量的振动图。2.2矩杆建模高空作业平台被发现在平台顶部的垂直位置具有最高的力，如图3（a）所示，以及在远离枢轴点的水平位置的最大力矩，如图3（b）所示。在实验室很难评估高度约30米，重量约30吨的高空作业平台。 移动此设备的工作区域应比产品本身大3倍以便测试。 因此，开发人员和测试人员需要开发出再现性测试设备，以便在实验室中准确地和在相同的现场条件下测试产品。式（1）表示高空作业平台上部的重量，不包括底架重量。 Wupper=Wtotal-Wbase (1)在等式（1）中，Wupper是高空作业平台上部的重量，Wtotal表示高空作业平台的总重量，Wbase是位于主框架下方的基础框架的重量。上部的重量计算为63558 N。在高空作业平台的底架上施加的最大重量，如图3(a)所示，平台的重量位于轴心点的中心位置。当平台的重量远离枢轴点时，图3（b）中示出了应用于高空作业平台的基础框架的最大力矩。因此，最大力矩取决于负载，例如工人、工作设备、所使用的工具和伸缩臂。枢轴点与负载之间的距离如图3（b）所示。式（2）表示施加到基础框架的最大力矩。 Wweight=i=1n(CiZi) (2)在等式（2）中， Wweight是枢轴点上的最大力矩，Ci是分量的权重（即i1, 2, 3，n），而Zi表示部件的重量与枢轴点之间的距离（即i1, 2, 3，n）。高空作业平台受风影响，因为它经常从较高的位置工作; 必须考虑到这一点，特别是考虑到风对暴露在其上的平台部件的影响。式（3）表示受风影响的时刻15（即Mwind）。 Mwind=i=1n(DiZi) (3)在等式 （3）中，Di是风对构件的影响，取决于受风影响的区域，构件的形状和风力。Zi是距框架的枢轴点的垂直距离（即，i = 1,2,3，.，n）。式（4）表示总时刻。Msum=Mweight-Mwind (4)总时刻应该加在受重量和风影响的时刻上，如方程式（2）和（3）所示。使用力矩棒的测试机构对于重现现场条件是必要的，其中力和力矩在操作期间对作业平台的重量和运动作出反应。力矩杆需要足够强大以承受被测试设备中的液压致动器推动。如果测试时基架上没有杆，那么这种机制只能复制力，而不是力矩。矩杆的长度是利用基架中心的方程（4）的值来计算的,从基础框架的中心，选择参考边界条件，如图5（a）所示。 图5（b）提供了与边界条件一致的支持装置的寿命测试机制的概述。图5.边界条件和力量3.实验和验证3.1加速寿命测试为了实现这一目的，开发了一种用混凝土和钢制成的基架结构。但是，在测试结构的耐用性和安全性时，很难复制现场条件。在这项研究中进行了再现和加速寿命试验的现场操作条件下的基架的失效分析。此外，加速寿命测试时间是由于没有使用寿命测试时间，形状参数和加速因子而引起的，这些应该在现场操作条件下考虑。如图6所示，在生命测试前后，研究人员需要获得有关产品性能的结果，因为这些信息提供了有关每种产品的前后状态之间差异的详细信息，并且这些统计数据对于寿命测试中的估计非常重要。底座的可靠性测试包括综合性能测试，包括应变测试和无损测试，包括运行振动测试，盐雾测试和冲击强度测试的环境测试，以及最大静态负载测试安全测试16-18。图6.使用寿命测试概述图在调查运行条件后，工厂设备的现场确定保修期为十年左右。 这是基于250天的每天8小时的总工作时间或每年2.0103小时的工作时间，这相当于10年。一个操作周期估计约为5分钟，因此2.4105个周期等于10年的寿命。因此，保证期保证2.4105个循环，B1寿命在95置信水平CL下。 基架的主要失效模式是焊接部件的断裂。 这个帧的形状参数因此是1.1 19。 公式中显示了无故障寿命计算。（5）。 这里，tn是无故障测试时间，B100p是保证时间周期，p是不可靠的，如果p = 0.01，B1和是形状参数。 寿命测试时间没有基本框架的失败是2.3107个周期，用方程（5）。 CL是95。tn=B100pln(1-CL)nln(1-p)1=2.3107 (5)加速寿命测试对于在短时间内执行寿命测试非常有用，而不是使用上述无失效寿命测试方法的正常寿命测试。加速因子AF使用公式（6）。AF=FtestFfieldm=Frated0.65Fratdem=25.96 (6)图7.使用力矩棒的100-t液压伺服致动器的使用寿命测试机构这里，Ftest是测试过程中施加的力。Ffield是额定作用力的65，或0.65Frated，由现场条件下的力估算; Frated是6300N，这是施加在基架上的额定力。 m = 7.56是钢材的指数20。 安装在下部框架顶部的力矩杆应具有足够的强度来支撑覆盖设备。 加速寿命测试时间tna可以用公式 （7）其中tn除以AF; 发现tna为9.0105个循环。tna=tnAF=2.310725.969.0105 (7)加速寿命测试对于验证车辆底座的可靠性非常重要。 基于无失效寿命测试计算的测试时间包括9.010 5次循环。 在这项研究中，采用了100-t液压伺服执行器系统来执行加速寿命测试。 如图7所示，100-t伺服致动器系统的四柱架足以支撑底座。在加速寿命测试期间，如图8所示的力和应变值从传感器获得。图8.加速寿命测试期间的力和应变值该图显示了加速寿命测试之前和之后的不同值。 可以预计，寿命试验后的应变值大于以前的值。 点L1和R1在寿命测试中显示最大应变。 因此，操作员应定期检查这些点以确保操作车辆时的安全性。 除L1和R1外，图9所示的所有其他组分菌株均在（150-340）以下。3.2有限元和实验应变分析表3.元素的类型和数量图9.从L1到R4的应变仪位置获得的应变值 由几种材料（包括混凝土）制成的基架表面在结构上有一些薄弱点，如表3所示。在薄弱点处安装应变仪之前，应变分析采用有限元法进行。 这种方法通常应用于分析结构上的应力和应变的领域。 有必要获得用于模拟机构的应力分析的信息，该机构解释了力如图10所示推动，拉动或扭转结构的点。这些力与发动机上的重力，动臂 ，工人骑车的铲斗以及平台的其他元素以及发生的时刻。 正面部分的边界条件为Uz = 0和Ux = Uy =自由，后面部分的边界条件为Ux = Uz = 0，Uy =自由，如图10所示。这些条件是基于实地研究。 本研究分析了以前和改进的基本框架，并比较了结构的强度和安全性。 如果“改进”结构与前一个结构相比有薄弱点，那么进行结构调整就没有意义。图10.边界条件包括力和力矩Abaqus 6程序在此项目中用于有限元分析（FEA）。 表3显示了分析的细节。 框架分为钢和混凝土部分。 使用的元素类型是3D外壳，S3和S4用于钢部件，C3D4用于混凝土部件。 底座采用五种材料：SS400，STKR400，SM490A，SGP和混凝土，如表4所示。表4.材料的机械性能有限元分析后，焊接部分附近的最大应力为81.9 MPa，如图11所示。结果，我们发现基础框架的应力集中在给定的力和力矩的部分。从有限元分析中可以发现，如图10所示的表面应变片的附着点，其中基础框架的弱点与现场条件相同。图12（a）和（b）示出了它们在基架左侧和右侧的位置。 位置显示在图。 图12（c）和（d）作为3D图。在将应变计连接到薄弱点后，应根据现场条件安装底座，如故障模式分析中所述。 如图7所示的液压致动器在安装在基架顶部的力矩杆上施加上下力。 该系统允许拉伸和压缩动作以产生方波。 如表5所示，应变值从连接到结构表面的应变传感器的薄弱点R1到L4获得。表5 通过有限元分析比较了有和没有力矩棒的情况，并且还与测量的应变值的结果进行了比较。 已知FE分析中的力矩值与实验测试值一致。 因此，对于高空作业平台的基架现场运行条件的再现，使用力矩杆比没有力矩杆更好的解决方案。图11.基础框架的应力分析4结论研究了现场操作条件，并进行了加速寿命试验，以在采用复制振动，噪音，支撑