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中文翻译龙门式起重机金属材料的疲劳强度预测v.a.科普诺夫邮箱64，邮编620107，俄收到1998年4月3日；接受1998年9月29日摘要 内在的疲劳曲线应用到龙门式起重机金属材料的疲劳寿命预测问题。起重机，用于在森林工业中，在伐木林场对各种不同的工作条件进行研究，并且做出相应的应变测量。对载重的循环周期进行计算，下雨循环计数技术得到了使用。在一年内这些起重机运作的样本被观察为了得到运作周期的平均数。疲劳失效分析表明，一些元件的故障是自然的系统因素，并且不能被一些随意的原因所解释。1999年Elsevier公司科学有限公司。保留所有权利。关键词：起重机;疲劳评估;应变测量1.绪论频繁观测龙门式起重机LT62B在运作时金属元件疲劳失效。引起疲劳裂纹的故障沿着起重机的桥梁焊接接头进行传播，并且能够支撑三到四年。这种起重机在森林工业的伐木林场被广泛使用，用来转移完整长度的原木和锯木到铁路的火车上，有一次装载30吨货物的能力。 这种类型的起重机大约1000台以上工作在俄罗斯森林工业的企业中。限制起重机寿命的问题即最弱的要素被正式找到之后，预测其疲劳强度，并给制造商建议，以提高起重机的寿命。2.起重机运行分析为了分析，在叶卡特琳堡地区的林场码头选中了一台被安装在叶卡特琳堡地区的林场码头的龙门式起重机LT62B， 这台起重机能够供应两个伐木厂建立存储仓库，并且能转运木头到铁路的火车上，这条铁路通过存储仓库。这些设备的安装就是为了这个转货地点在起重机的跨度范围之内。一个起重机示意图显示在图1中 。 1350-6307/99 /元，看到前面的问题。 1999年Elsevier公司科学有限公司保留所有权利。 PH:S1350-6307(98)00041-7V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141图1起重机简图检查起重机的工作之后，一系列的假设可能会作出： 如果每月从森林移动的原木超过加工率，即是有一个原木存储的仓库，这个起重机期待的工作，也只是在原木加工的实际堆数在所供给原木数量的中心线以下；当处理超过原木从森林运出的速度时，起重机的工作需要在的大量的木材之上进行操作，相当于在大量的木材上这个锯木厂赚取的很少；原木不同的仓库;大量的木材的高度被认为是最高的; 仓库的变化，取替了一侧对面的锯轧机; 装载进程中总量是平均为K=1.4倍大于移动总量由于额外的转移。2.1 搬运强度据了解，每年的搬运强度是不规律的，不能被视为一个平稳过程。非平稳流动的道路列车的性质在23家企业中已经研究5年的时间，结果已经表明在年复一年中，对于每个企业来说，每个月的搬运强度都是不同的。这是解释复杂的各种系统和随机效应，对搬运施加的影响：天气条件，道路条件和货车车队等，所有木材被运送到存储仓库的木材，在一年内应该被处理。 因此，在春季和秋季搬运木头的可能性越来越小，冬天搬运的可能性越来越大，然而在冬天搬运强度强于预想的，在夏天的情况下，更多足够长的木材就地被处理的比运出去的要多的多。V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141表1搬运强度（%）表2转移储存量通过一年的观察，从118各搬运值的观察所了解到的数据进行分析，并且有可能评价相关的搬运强度（吨）参考年度的装载量的百分比。该搬运的数据被记录在起重机预期值表1中，它可以被应用到估计疲劳寿命，尤其是为检查起重机应变测量（见稍后）。将有可能为每个起重机，每一个月所负荷的载重量，建立这些数据，无需特别困难的统计调查。此外，为了解决这个问题的寿命预测的知识是未来的荷载要求,在类似的操作条件下，我们采取起重机预期值。每月搬运价值的分布Q（t） ，被相对强度q（t）表示为 其中Q是每年的装载量的记录存储，是设计的最大存储原木值Q以百分比计算，其中为考察起重机等于40.0万立方米每年,和容积载重搬运为10的起重机，得到的数据列在表2中，总量56000立方米每年，用K表示。2.2 .装载木块的数量这个运行装置，如夹紧，吊装，转移，降低，和释放负载可被视为起重机的一个运行周期（加载块）。参照这个调查结果，以操作时间为一个周期，作为范本，由正常变量与平均值11.5分相等等，标准差为1.5分钟。不幸的是，这个特点不能简单地用于定义运作周期的数目，任何工作期间的载重加工是非常不规则。使用运行时间的起重机和评价周期时间，与实际增加一个数量的周期比，很容易得出比较大的误差，因此，最好是作为如下。 测量一个单位的载荷，可以作为范本，由一个随机变量代入分布函数得出，并且比实际一包货物少然后，明知总量的加工负荷为1个月或一年可能确定分布参数的数目，运作周期为这些时期要利用这个方法的更新理论V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141 图2随机重建过程中的负荷根据这些方法，随机重建过程中所显示的图。二是考虑到，（随机变量）负荷，形成了一个流动的数据链：在重建的理论中，随机变量：，有一个分布函数f（t）的，可以被理解为在失败的连接或者要求收据时的恢复时刻。过程的载荷值，作为下一次的动作的通过值，被看作是重建的时刻。设。函数f （ t ）反复被定义，假设V （ t ）是在运作周期内转移货物的数量。实践中，总转移货物的总吨数，基本上是大于机组负荷，由于利用渐近性质的重建过程所以式有益的。根据下面适当的限制重建定理，需要转移大量吨数。已正态分布渐近与均值和方差，确定抽样数量的周期v而不依赖于整个的形式分布函数的，（只对不同的格式分配进行限制）。利用表2的每个月平均运作用方程（ 4 ）表示，赋予正态分布功能的数量，负载周期与参数m和6。在正态分布表3中。图3显示的平均人数周期与95 的置信区间某一年的相应的值为12719和420个周期。表3运作周期的正太分布3 .应变测量为了显示大多数金属的负载元素，并且确定一系列的压力，事前做了静态应变测量。垂直载荷用来测量悬挂负载，并且斜交加载由一个牵引力所形成，配备了一台测力计。静态应力值分布在图4和5中 。同样地预计，梁上的最大的拉应力，发生在底部的桁架上（值为11-45 MPA ）。顶端的桁架受到最大的压缩应力。 此处的弯曲应力所造成的压力，车轮起重机，手推车等被添加到所说的桥梁和负荷的重量。这些压力的结果，在底部的共振的的I梁那么压缩应力比最高的1 处要大得多（值17-75和10-20兆帕斯卡），其他要素的梁加载的值V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141月份图3 95%的置信区间运作周期的平均数V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141图4梁的分配计划不超过绝对值45兆帕斯卡。连接与支持的桥梁起重机加载的时间，也不定期。最大的压缩应力发生在变形的最大角度，在内部看来;最高压力值将达到到h0MPa和痛苦（计8日和9 ） 。在隔板和角度1的支板上，最大的拉应力达到45兆帕斯卡（压力表1 ）。 起重机梁的器件在受到最大压力和轴向载荷较弱的时候，另一方面，所遭受的主要是斜负荷。起重机的竖向载荷主要是由牵引力引起的。这种转移完整长度的木材的起重机的金属的载重量，不同于一般用途的起重机。首先它必须遵循起重机的装载规则，由于逐步脱离基地。因此，负荷增加，并不是慢慢的顺利进行。 第二个特点是物质吊装的加快导致低低效率。这是抓斗所存在的所限制，这意味着不允许绳索从吊具座下降;载重量应始终保持平衡。负载减弱加快电机运转的可能性是没有根据的，因此微乎其微。因此，以同时悬挂的速度，森林龙门式起重机受到较小的动应力与类似的一般用途的起重机相比而言。通常，当速度增加顺利，在接通电器之后，从基地进行转载3.5-4.5秒钟进行一个循环。在事实上，并没有发现金属有显著的振荡，并且压力慢慢达到了最大值。V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141图5 支持分配当可能性最明朗的时候，在伸展和抓取的结合处，在按下开关后一秒钟绳索开始绷紧，在结合处清楚的发生。这个电动机以0.6-0.7每秒的速度进行旋转。从按下开关到绳索完全拉紧这一刻，需要3-3.5 s的时间，紧张的绳索慢慢的增加倒最长。梁的最大压力增长倒最大值1-2 S并且平均振荡为3.5 。 当一个固定的负荷解除时，加快速度，装载在钢丝绳上的吊具和金属几乎是相同的情况下快速吊起一堆捆扎的木材。该金属金工振荡的特点是有两个谐波在0.6和2秒的过程当中，这些已经在前面的分析中获得。从总结装货的振幅可以看出在最坏的情况下装载货物，使最高动态加载超过上述静态载荷可以达到13-14 。制动一个负荷，当它逐渐降低时，在金属制品上产生显著的振动应力，可以达到静态载荷的7%左右。移动超过钢轨接头的3-4毫米的高度时，得到的只有微不足道的压力。 在运行中，有可能的情况下，当源自不同类型的负荷加载结合起来。 当最高负荷从制动负荷时降低，是最大负荷情况配合制动手推车与同的调整制动器。4 疲劳载荷分析通过起重机的工作和压力示波图的获得，在测试点进行应变测量，在图6和第5中排列显示，自一台起重机的常见工作周期的时间由足够的散射和平均值约为15分钟，常见的运行周期的时间起重机有足够的散射与平均价值11.5 ） V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141 时间（0.1分钟）装货过程变化值民，以减少这些示意图均匀过滤所产生的这些信号，和所有反复的形成的值，也就是说，当结构是不受到动态加载，只有静态加载发生时，将会被拒绝。 三个特点强调示意图 （表11 ）显示在表6中，而装货运行周期的内部结构是可见的。首先，当负载被提升时，压力增加到最高值。当载荷被转移到合适的位置并且强烈振荡之后之后，由于不规则起重机运动对钢轨及以上的钢轨接头导致大量的轴向载荷作为大多数降低载荷的原因。减少货物的装载量导致装载量减少，并且建成一项基本负载周期的一半。4.1 装载过程中的振幅分析 这两个名词，现在应该分开：装载周期和装载量。第一是作为一独特的振荡讲（闭环） ，二是为一套加载周期期间一个运行周期。 该雨流循环计数方法给出了最终裁决。 2 是采取优势，以前面提到的疲劳的强度回线分析，为三个最弱的要素：（1）底部角度的协调（表11），（2）横梁顶端的协调（表17），（3）角度的支持（表8）。用微分的手段统计样本周期振幅的值的分布情况，由此得出估计参数列于于表4 中。应该指出的是，直线图的周期振幅与减少事后的非零平均数相等于直线图为零时的平均数。V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141表4装载振幅的威布尔分布参数名字布尔分布参数值MPa格式b底部角度的协调23.45横梁顶端的协调40.44角度的支持29.544.2 装载周期的数目在雨流循环计数过程期间，计算有多少负荷周期进行了装载量由多少载重周期的计算装载座也进行了。而处理这一类示波图，一个整体样本数量的加载周期得到了构成的整数与最低及最高观察值：24和26。随机装货周期数VB可以由泊松分布参数来形容 = 34 。 每个月装货块平均数值很快就获得了，因此它是有可能找到适当的特点，如果采取中央极限周期，不仅为每月装载量，而且也为每月或每年的装载周期。首先，将它从已知的概率论考虑，除了给出了独立的泊松系数，还给出了一个随机变量与泊松分布的参数K）。在另一方面，泊松分布可以很好地近似正态分布平均k。其次，中心极限定理，大致来说，有着大量标准的计算，独立的初次分配渐近趋于正常。如果初次分配每个独立的任期有一个正态分布，那么载重周期为一年的平均数和标准偏差总数的都是平等的，大致为423096和650 。通过这些值从表3中取值。5 应力集中的因素和元件的耐力要素起重机的各个部件初步是由半自动气体焊接，没有边缘制造设备及相应的加工。为考察要件1和3周和边缘焊缝的角度与节点板，有效应力集中疲劳系数是所给予的计算方法 3 ，的KF = 2.6-2.9 ，正好等于估计值，鉴于目前在俄罗斯规范疲劳焊接要素 4 ，的KF = 2.9。起重机金属制成的材料为合金钢09g2s，此材料有一个持久极限120 MPa和屈服强度350兆帕斯卡。然后在平均值可承受的范围内视察要件1和3= 41兆帕斯卡。变异系数为0.1，和相应的标准偏差为=4.1兆帕斯卡。观察的基本组成部分2是一个I形穿孔，由孔附加导轨，以顶端法兰。那个相当大的局部应力所造成弯曲的地方也能促进疲劳损伤累积。根据表 4 ，有效应力集中系数是接受的KF = 1.8，给出了一个平均的价值，可承受的极限，作为=67的强度创伤。使用相同的变化系数的标准差是=6.7强度创伤.平均曲线，建议在表 4 ，已形式：V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141表5对数参数的正太分布名字寿命分布参数平均（块）标准(块)底部角度的协调106.80058.200横梁顶端的协调143.20079.200角度的支持74.62032.300与拐点没有5.106和斜度为4.5为要件1及3斜度为5.5 组成部分2。可能的值的元素耐力极限上述重叠的范围，载荷振幅与非零的概率，这意味着这些元素受到疲劳累积损伤。然后根据上面可能作出结论，认为疲劳计算的要素是必要的，也就是疲劳强度预测。6 寿命预测该项研究的一些金属材料受到疲劳损伤的累积。内在的疲劳曲线是我们预测生命应采取的优势，其中详见于表 5 和表 6 .通过以下内在疲劳曲线的理论，我们根据观察到寿命分布密度得到数正态分布的数据。该法所得的平均数和标准偏差分别见表5 。那个数正态分布所得出的分布密度，显示在图7中。这是从这个表中至少强度要件为3 。得出一个平均的数量，载重量1年为12719 ， 很明显，平均方法所得的吊臂前，疲劳裂纹出现在焊接要素是足够的：元件的生命周期8.5年为组成部分1 ，11.5年为要件2 ，和6年为组成部分3 。然而，这些要素失效的概率不小于3-4年和是在范围0.09-0.22 。这些概率不能被忽视，为服务的设计和维修提供帮助，应作出努力，扩大允许裂纹发生并且提高强度。7 结论通过分析起重机载重表明，一些金属材料受到较大动态载荷，从而导致疲劳损伤的积累，其次是疲劳失效。 疲劳强度的预测过程，本文提出了涉及四个部分V.A.Kopnov|机械故障分析6（1999）131-141 运行周期图7各要素寿命分布的密度曲线（1）分析的运作，在实践中和决心装载块一段时期。 （2）雨流循环计数技术的计算负荷周期为一期标准运作。 （3）选择适当材料根据疲劳数据。 （4）使用内在疲劳曲线的方法计算疲劳强度。 调查结果已证实的个案观察制造商已采取的决定，关于加强固定强度。 以实现延长疲劳强度。参考文献1 Feller W. An introduction to probabilistic theory and its applications, vol. 2. 3rd ed. Wiley, 1970.2 Rychlik I. International Journal of Fatigue 1987;9:119.3 Piskunov V(i. Finite elements analysis of cranes metalwork. Moscow: Mashinostroyenie, 1991 (in Russian).4 MU RD 50-694-90. Reliability engineering. Probabilistic methods of calculations for fatigue of welded metalworks. Moscow: (iosstandard, 1990 (in Russian).5 Kopnov VA. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures 1993;16:1041.6 Kopnov VA. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 1997;26:169.毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1、前言 动态载荷识别技术在重载采掘装备方面目前处于初始研究阶段，由于动态载荷通常无法直接测量或测量比较复杂，在实际工程应用中还没有起到作用。本课题首先需要对动态载荷识别技术有所了解，然后根据载荷识别算法构建出载荷识别人机交互平台，输入为振动测试信号，输出为辨识的载荷。最后根据载荷特点，应用雨流计数法得到载荷谱，为矿用采掘装备的设计提供理论依据。2、研究现状： 矿石是一种非常重要的资源，矿石的开采历史较为悠久，在经济不断发展和科学技术不断提高的现在，矿产机械也在不断的更新1。矿产开采行业逐渐变成工业操作的发展模式，大部分矿石企业的生产能力也有很大的提高。与此同时，矿石企业也更加关注开采工作中的机械化水平，但是在矿石开采机械化进程中依然会出现一些问题，这需要有针对性的做出处理2。伴随改革开放的不断深入，我国各行各业的发展也开始走向国家化。我国矿产行业的机械也在不断提升，从最开始的简单模仿到现在的自主研究不断创新，彻底改变了我国矿产机械在市场上的竞争力，走向了矿产机械自主研发创新的路3。矿产机械的发展和科学技术有着密切的关系。伴随经济的快速发展,对矿石的需求也在增加，上世纪末我国主要的矿产开采在晋陕蒙宁地区，这些地区所开采出来的矿产量占我国矿石总量的一半，这些地区的矿石开采比较适合大规模的矿产设备，因为对矿石资源需求量的增加，所以要不段的加大开发规模,因此对矿产设备的需求也有所提升，这影响和带动了我国矿产机械的发展4。我国目前的矿产开采设备已经在性能和使用上满足了生产要求，这也代表矿产机械要不断的发展和更新，争取生产出安全、可靠的智能化一体化的设备，不断的缩短我国矿产设备和其他国家的差距，以此来满足矿石资源开发的需求5。我国是矿石生产的大国之一，我国的矿石使用量也是巨大的。所以矿产机械要不断的进行创新跟上发展的脚步，给矿石资源的开发提供一定的保障6。我国的矿产机械虽然有了较大的发展，但是还是缺乏一定的竞争力，还有很多核心技术需要从国外引进7。我国自主知识产权和核心技术的产品还不是很多，我国在国外引进的一些核心技术只是停留在模仿的阶段，并没有对引进的技术进行研究和分析，并使用到开发应用上，因此就无法形成好的自主研发不断创新的氛围8。我国的制造产业在世界发展水平上来讲相对落后，因此还有很大的提升空间，我国如果可以提高制造工艺就会大大带动矿产机械的发展9。 通过和发达国家进行矿产机械制造业的理论研究进行比较，我国矿产机械业也只能是不断的模仿，对外观进行仿制，对理论基础并不重视，因此导致我国矿产机械的基础不牢固，所以我国的矿产机械的使用寿命和安全指数都较低，因此难以满足企业的使用需求10。3、发展趋势： 现在，我国传统的机械设备已经不能满足矿石的开采工作，机电一体化的矿石 设备在煤炭开采中扮演着越来越重要的角色，矿产机械一体化的到来可以有效的提高矿石开采的效率，让矿石的开采运输逐渐走向一体化，保障矿石资源开发的一体化可以有效的提高效率，保障生产的安全性11。提高矿石产量是我国经济发展的需求，所以要尽快实现矿产机械的现代化，因此我们要不断加强矿产机械的创新，让其不断的走向现代化、智能化是现在市场的需求12。所以，矿石设备的发展问题将会影响到整个矿石行业的发展。机械设备的灵活性指的是机械设备有较强的适应性，一台设备可以适应不同的地质和工作环境13。提高机械设备的灵活性可以开采环境较差的矿石资源，因此可以提高矿石行业的生产力14。 矿产机械的发展正在逐渐的从传统的制造技术向先进技术进行发展，争取不断的走向智能化的操作系统，让它自身具有的优势可以在整个行业中不断的发展。因此使用到更广的领域中，把智能化的生产技术使用在矿产机械的生产中也会有很好的发展前景，把矿产机械的操作系统变得更精确更智能，不但可以有效提高矿石开采的产量，还要保证一定的安全和可靠性15。综合化指的是机械设备功能的一体性，也就是让一台设备具有多种功能。让机械设备变得综合化，可以有效的节约人力资源，提高设备的使用率16。现在时期，社会的快速发展，每个行业都在逐渐的走向智能和现代化。矿产机械行业也要紧跟时代发展。 机械操作逐渐向着自动智能的趋势转变，矿石行业如果想在市场和资源竞争中取得良好的发展前景，就要逐渐的适应这种发展趋势，矿石行业的发展要在现在的基础之上学习和引进先进的生产技术，实现智能化的操作模式，这种生产模式的变更可以有效的提高生产效率，还可以减少企业人员数量，提高劳动生产率17。此外，推广使用我国自主研发的设备可以节约成本，同时也可以摆脱国外技术的制约。 近年来，由于我国矿石行业的不断扩大，很多规模较大的矿产企业的矿石机械设备都被外国垄断，我国矿石机械行业的发展相对落后，矿石机械设备水平比较低，已经不能满足我国矿石行业的需求，只有尽快改善这种局，才能提高我国矿石机械设备在国际领域的竞争力。参考文献1陈大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，1993.2吴子燕，简晓红，张彬，闫云聚.振动测试中多目标传感器优化配置研究J.机械强度,2008.3智浩.工程与科学中的计算力学M.北京：北京特种工程设计研究所，2001.4王勇,王昌龙,戴尔晗.现代测试技术M.西安:西 安电子科技大学出版社,2007.5张长森,邹有明.一种符合标准的矿井监控系统通信协议设计C.煤矿机电，2004.6刘习军,贾奇芬.工程振动理论与测试技术M.北 京:高等教育出版社,2004.7王昕瑜.大型矿用挖掘机工作装置关键零部件结构分析平台的研究D.太原理工大 学,2014.8陈宁,魏永胜.振动试验中多点控制方法的分析与应用J.机械研究与应用,2014.9丁宁.基于VDSL2技术和LIN总线的采煤机远程控制数据通讯系统的设计D.太原理 工大学,2015.10马建红,沈西挺.VC+程序设计与软件技术基础M.北京:中国水利水电出版 社,2002.11裴焕斗，孟松.动态随机载荷识别技术研究J.华北工学院，199812 陈传尧.疲劳与断裂M.武汉：华中科技大学出版社，2003.13 赵少汴.抗疲劳设计M.北京：机械工业出版社，1994.14 Ying Liu Procedia Computer Science J.Chinese Academy of Science,2015.15 Gianluigi Greco,Antonella Guzzo,Luigi Pontieri.Data & Knowledge Engineering.Italy,200816 Yufei Shu.Advanced Engineering Informatics.Japan,2007.17 David Laurence.Journal of Safety Research.Australia,2005. 本课题研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1.课题的提出动态载荷识别技术在重载采掘装备方面目前处于初始研究阶段，由于动态载荷通常无法直接测量或测量比较复杂，在实际工程应用中还没有起到作用。本课题首先需要对动态载荷识别技术有所了解，然后根据载荷识别算法构建出载荷识别人机交互平台，输入为振动测试信号，输出为辨识的载荷。最后根据载荷特点，应用雨流计数法得到载荷谱，为矿用采掘装备的设计提供理论依据。2主要工作和研究手段（1） 了解载荷识别技术在矿用装备中的应用。（2）根据载荷识别算法采用VB或者其他编程语言搭建载荷识别人机交互平台，实现矿用采掘装备的载荷辨识。（3）建立振动测试信号数据库，并与上述人机交互平台界面连接，实现数据的存储、调用、显示及作为输入输出的功能。（4）构建载荷谱计算平台，对识别的载荷进行统计分析。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 张鑫同学本学期的课题是“矿用采掘装备载荷识别平台设计”所要求的任务完成符合教学的要求，课题具有一定实际意义。 自开学以来，张鑫同学能参加指导教师和个别辅导，该同学具备有完成“矿用采掘装备载荷识别平台设计”的基本知识，有完成本学期课题所要求的各项任务。 指导教师： 2016年4月10日所在系审查意见： 同意开题 系主任： 2016年3月22日矿用采掘装备载荷识别平台设计摘要：动态载荷识别技术在重载采掘装备方面目前处于初始研究阶段，由于动态载荷通常无法直接测量或测量比较复杂，在实际工程应用中还没有起到作用。本课题首先需要对动态载荷识别技术有所了解，然后根据载荷识别算法构建出载荷识别人机交互平台，输入为振动测试信号，输出为辨识的载荷。最后根据载荷特点，应用雨流计数法得到载荷谱，为矿用采掘装备的设计提供理论依据。 了解载荷识别技术在矿用装备中的应用。根据载荷识别算法采用VB或者其他编程语言搭建载荷识别人机交互平台，实现矿用采掘装备的载荷辨识。建立振动测试信号数据库，并与上述人机交互平台界面连接，实现数据的存储、调用、显示及作为输入输出的功能。构建载荷谱计算平台，对识别的载荷进行统计分析。关键词：动态载荷；人机界面；载荷谱IMining and mining equipment load recognition platformAbstract: Dynamic Load Identification technology in terms of heavy-duty mining equipment currently in the initial research stage, due to the dynamic loads are usually not directly measured or measuring more complicated, in practical application has not yet play a role.This paper first need to understand the dynamic load identification technology, and build a human-computer interaction internet load identification recognition algorithm based on load, vibration test signal input, output load identification. Finally, according to the load characteristics, application rain flow counting method to obtain the load spectrum, provide a theoretical basis for the mine with mining equipment designs. Learn load recognition technology in mining equipment application. Build load identification based on human-computer interaction internet load recognition algorithm using VB or other programming language, to achieve load identification mining mining equipment. Vibration test signal to establish a database, and connected to the man-machine interactive platform interface to achieve data storage, call display and input as output. Construction of the load spectrum of computing platforms, the identification of the load were analyzed.Keywords: dynamic loading; man-machine interface; load spectrumII目 录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 课题的提出原因11.2 课题的主要内容11.3 课题的构思11.4 本人所完成的工作量12 载荷识别平台搭建32.1 人机交互界面设计要求32.1.1 软件界面的人机交互接口设计32.1.2 软件界面人机交互的输入输出设计32.1.3 一致性原则32.1.4 窗口设计32.1.5 界面效果42.1.6 反馈信息42.1.7 容错手段42.2 人机界面53 建立振动测试信号数据库63.1 系统组成63.2 采集数据数据库存储的实现方案63.3 软件设计63.3.1 数字型数组转化为字符串模块63.3.2 应用LabSQL访问数据库73.4 通过txt导入数据库7III3.5 数据库建立的要求73.6 数据采集程序74 构建载荷谱计算平台94.1 编写雨流计数法方法94.1.1 雨流计数法简介94.1.2 程序设计流程104.1.3 在程序中的具体实现104.1.4 结论135 结论15附录A16人机交互程序16运行结果19附录B20雨流计数法120雨流计数法223运行结果25参考文献31致谢32IV1 绪论1.1 课题的提出原因动态载荷识别技术在重载采掘装备方面目前处于初始研究阶段，由于动态载荷通常无法直接测量或测量比较复杂，在实际工程应用中还没有起到作用1。本课题首先需要对动态载荷识别技术有所了解，然后根据载荷识别算法构建出载荷识别人机交互平台，输入为振动测试信号，输出为辨识的载荷。2最后根据载荷特点，应用雨流计数法得到载荷谱，为矿用采掘装备的设计提供理论依据3。1.2 课题的主要内容 （1）了解载荷识别技术在矿用装备中的应用。（2）根据载荷识别算法采用VB或者其他编程语言搭建载荷识别人机交互平台，实现矿用采掘装备的载荷辨识。（3）建立振动测试信号数据库，并与上述人机交互平台界面连接，实现数据的存储、调用、显示及作为输入输出的功能4。（4）构建载荷谱计算平台，对识别的载荷进行统计分析5。 1.3 课题的构思 （1） 先查阅网上资料 （2） 收集资料 （3） 整理资料 （4） 下载matlab，vc等软件 （5） 学习matlab，vc等软件 （6） 学习window编程 （7) 学习matlab gui （8） 编制人机界面程序 （9） 学习雨流计数法 （10）编制雨流计数法1.4 本人所完成的工作量 （1） 载荷识别平台搭建。 （2） 数据库与平台的连接。 （3） 载荷谱计算程序编制。 （4） 外文资料翻译一篇。（5） 设计说明书一份。22 载荷识别平台搭建2.1 人机交互界面设计要求2.1.1 软件界面的人机交互接口设计 软件与用户的人机交互界面设计最初要从人机交互用户接口入手。用户接口的形式通常取决于软件所要针对的用户类型。不同类型的用户对软件系统的形式有不同的习惯和要求。使用者类型定位和区分很重要，它直接影响软件的使用，最终的成功或失败的形式。人机交互：用户界面的下拉菜单菜单，弹出快速菜单和工具栏，菜单，图标菜单是一个非常直观的用户界面的形式，易于理解和识别的功能的图标应该尽可能根据公认的功能表示。如：采用类似于Office软件系列中的图标来表示相似的功能。2.1.2 软件界面人机交互的输入输出设计设计人机界面是用户和软件系统的人机交互输入层，全面和成功的，友好的人机交互界面设计中的人机交互，也必须在统一的输入和输出接口的综合分析，从人机工程学的角度来分析了软件系统的用户提供了一个真正的问题，在规划，评估一些常见的容易犯的错误。例如，如果使用大量的术语或缩写，不了解用户的需求和用户的不确定的操作，解决问题有相互矛盾的地方，设计风格。2.1.3 一致性原则一致性的人机交互界面，主要体现在投入产出效果的交互式输入输出系统内的一致性是在软件的具体布局，外观相似，类似的人机交互界面，以及类似的信息显示格式。扩大教育也可以在一个平台上的一致性在软件应用程序之间的一致性，例如在Macintosh平台下运行的软件界面设计，保持高度的一致性，用户不会花太多时间，你可以在软件中快速学习其它软件的原理。显然，连贯原则是有用的用户熟悉的软件复用与软件过程和记忆的缺陷。2.1.4 窗口设计屏窗口在屏幕上的设计是人机界面设计的一个重要方面是在屏幕上显示的区域布局，设计，信息的重要性和明晰的科学安排，使窗口新鲜和大气。一般，眼睛容易疲劳或不很容易被忽视，往往是区域提供了重要信息，帮助信息或通常在屏幕的底部。在窗口的空间，应该有一个明确的，准确的安排，布局，个别地方还应插入一个空的空间，在特定的元素。好的窗口设计复杂的软件系统大气，看起来简单，意义和强度的知觉，视觉清晰。2.1.5 界面效果人机接口、结果的具体表现。单调的黑白文本容易让用户快速疲劳，颜色，图像和其他媒体的光接口可以感染更多且有更多的视觉疲劳；图形、图像信息量大的优势。因此，多媒体表示，某些隐喻或操作设备的用户和其直接和可见的、逼真的印象，提高软件系统的可理解性和易记忆的每个用户图形，颜色隐喻，爱的味道非常不同的媒体，媒体错误的颜色，或能引起强烈的情感起伏，也可能使多媒体起相反的效果，因此，不能滥用。一般的用户，最好用一个比较温和的一些媒体，如：色彩柔和，更中立。有时个别的颜色来显示重要的信息，以吸引顾客注意力的重要区域。总之，多媒体应用，可提高传染性，一个理想的疲劳，界面效果。但也不认为这是普便的现行标准，在不同的媒体应主要基于文本的效果。因为只有文字才能简洁，清晰和准确的给用户传递信息. 2.1.6 反馈信息人机交互反馈意味着用户在人机交互过程中，用户对软件系统的信息反馈。对软件的用户交互响应的评估之前，用户可以操作，因此人机界面设计从用户的反馈，如长时间的过程，你应该告知用户必须等待输入数据，则应告知用户数据是否正确的一个操作，那么应该通知用户是否操作完成。默认的在某些领域，应尽量直接指定。用户输入相应的信息，有无错误。如果有错误，用户无法校正，使系统无法继续运行。为此设计时应该首先确认软件系统的输出内容，确定物理的输出需求，设计、验证和测试输出效果，观察和聆听用户的意见，并迭代式地对输出的反馈界面进行反复修改。2.1.7 容错手段在互动过程中的误差是很难避免的，软件系统应该能够有一个功能，和一个相应的错误提示或错误处理，包括误差修正错误的信息和建议。如果软件系统提供保护，防止错误的功能和恢复功能等，是理想的容错方法，以防止用户软件系统的错误，造成了严重的破坏或丢失重要信息。在不容易理解位置加上帮助功能，支持用户快速理解软件系统对于非熟练用户，在线联机常常是一个巨大的作用。如果不能有效地帮助用户发现错误的输入，将使软件系统的后续运行变得毫无意义。软件系统输入的方法有多种: 键盘、鼠标、触摸屏、话筒、扫描仪等。不同的输入方法，提供容错的一个挑战。在这过程中，我们需要的信息尽可能的简单，以减少误差的频率。例如，减少输入数据。2.2 人机界面人机界面模块是载荷测试系统的外在风格显示，主要包括程序启动和登录界面，上述模块的正确链接，并能够给出错误提示。 3 建立振动测试信号数据库3.1 系统组成数据库应用系统是由数据库系统、应用程序系统、用户组成的，具体包括：数据库、数据库管理系统、数据库管理员、硬件平台、软件平台、应用软件、应用界面。 数据库应用系统的7个部分以一定的逻辑层次结构方式组成一个有机的整体，它们的结构关系是：应用系统、应用开发工具软件、数据库管理系统、操作系统、硬件。例如，以数据库为基础的财务管理系统、人事管理系统、图书管理系统等等。无论是面向内部业务和管理的管理信息系统，还是面向外部，提供信息服务的开放式信息系统，从实现技术角度而言，都是以数据库为基础和核心的计算机应用系统6。3.2 采集数据数据库存储的实现方案所收集的数据存储测试系统在一个SQL数据库的ADO（activexdataobject）、txt文本或ADO.NET连接数据库。ADO是最广泛使用的技术，因为Windows操作系统已经包含了ADO和ODBC可访问支持ADO和ODBC数据库，例如，在这将使用到SQL、Foxpro、MicrosoftAccess等78。ADO是Microsoft的开放提供了一个数据库的访问。ADO是通过编程模型实现对数据库的操作。编程模型是访问和更新数据源所必需的操作顺序,它概况了ADO的全部功能。数据连接（ODBC opendatabaseconnectivity，）是微软公司开放服务对数据库架构的一部分，提供对SQL ODBC支持工程师直接将SQL语句的数据库与应用程序之间的一个公共接口，应用程序通过访问ODBC数据库，不直接与数据库的通信 9 。3.3 软件设计软件部分是上述方案的具体实施，首先要对采集的数据进行处理，处理后的数据存储在数据库中，数据库的查询。3.3.1 数字型数组转化为字符串模块计算机中的数据收集的数据是在SQL语句的字符串插入，因此，需要首先通过convertfromdynamicdata.vi波形转换成字符形式，框图程序如图1所示。这里用“数字型数组”代表波形数据经ConvertfromDynamicData.vi转换后的数组 。 图1数字型数组转化为字符串模块由于多通道采集，图1中的程序将被多次调用VI模块形式。3.3.2 应用LabSQL访问数据库Access数据库的基于LabVIEW的数据库的ADO技术实现分组，完全是一个自由和开放源码的数据库工具，其中包括几个VI集。应用LabSQL将采集数据存储到数据库,过程如下: (1) 首先通过ADOConnnectionCreate.vi与ADO建立连接; (2) 然后通过ADOConnectionOpen.vi打开一个数据源的数据连接字符串的决定。(3) 打开数据源后,通过SQLExecutive.vi执行SQL语句; (4) 对数据库操作已完成最后的ADOCon2nectionClose.vi关闭Connection。3.4 通过txt导入数据库（1） 先用FileInputStream或FileReader将txt文本中的内容读出来。（2） 再将这些内容放到一个字符串中。 （3） 打开数据库，用普通字段或Blob字段将字符串写进数据库。3.5 数据库建立的要求利用测试系统测试工程越来越测试复杂，工程测试系统的要求越来越高，不仅具有强大的数据分析处理能力，还需要庞大的数据管理能力，在试验测量系统设计中，成为不可缺少的一部分。3.6 数据采集程序数据采集程序主要是和ADAM551.以及NI6023E通信正常后，根据采集模块的要求来实现具体采集功能的程序10。由于采集了大量的数据，需要一个数据库来管理这些数据，数据库管理和MATLAB的接口程序，数据库提出了要求，特别是满足以下功能模块： （1） 提供SQLserver2000和matlab链接的接口功能； （2） 能够在形成俘获矩阵人工判断数据足够后，matlab程序可以和数据库程序正常链接，能够自动把采集到的程序加入到数据库中区； （3） 可以正常查询数据库中的数据，完成数据库的创建，访问，删除。4 构建载荷谱计算平台4.1 编写雨流计数法方法4.1.1 雨流计数法简介雨流计数法又可称为“塔顶法”,是由英国的M a t2su isk i 和 E ndo 两位工程师提出的, 距今已有 50 多年。雨流计数的主要技术界，尤其是广泛用于计算疲劳寿命11。特别是在50年前的手工计算，人工计算的只是一些相对简单的（数据量不大）数据的数据手册，更多的问题不太容易。随着电子计算机的发展，这些琐碎的速度加快，从而简化计算12。该方法的突出特点是根据研究的应变之间的线性关系的时间计数的样本，即通过雨流计数法的一系列运输记录13。雨流计数法有下列规则：1） 雨水流入的出发点和检验记录在每个内部边缘最大，1，2，3，其他的顶部开始。 图 1 雨流计数法2） 流量峰值（即顶板垂直向下滴流直接对面有一个在启动时的最大值或最小值（或最大值）更正的负面迄今最小）14。3） 当雨水遇见屋顶上流动的雨时,当雨停止流动，形成一个循环。4） 根据雨滴流动的起点和终点，画出各个循环，将所有循环逐一取出，并记录其峰谷值15。5） 雨水流入每个水平周期长度的振幅16。通过雨流计数，特别是峰谷值检测和无效幅值去除后负荷周期的离散形式的数据在我们的电脑上完成每一步都需要编写程序17。上述过程可用程序来实现其流程图 图2 流程图4.1.2 程序设计流程该程序设计方案分为人机界面的显示、载荷谱的输入、载荷谱的输出，雨流计数编写几个模块来实现上述任务的主要编制流程。 图3程序流程4.1.3 在程序中的具体实现雨流计数方法的实现方案，数据压缩和获得循环数两个步骤。数据压缩是容易计数循环数据阵列包括峰谷值检测和无效幅值去除。1） 数据压缩的峰、谷值是数据内容，包括峰谷值是为下一步数据处理阵列。在这个过程中，首先应压缩相邻的同等数（保留一个值，然后继续），提取峰谷值和在一个阵列E（n），一个数组F（n），i和j两个数组的元素。在同等数值的按钮（如图2），相邻的菱形框架条件之前和之后的判断是否是不相同的两个元素，如果这些数量是真正的值则保留，否则另一个数字决定，直到最后一个数字，这个数字。在峰谷值检测（见图3），判断条件是不相邻的数字大于零（即是否同号），如果真值表示E（i）两侧同时更多（或更少），而数E（i）是高峰和低谷；否则继续。 图 4 压缩等值点 2） 无效幅值去除就是将幅值很小的点去除。因为在很多的疲劳寿命中，这些小振幅振幅循环的物理模型删除无效数据，可以有很多的类型和研究后循环小波的选择。这里取用变程阀值公式:变程阀值= (最大值- 最小值) *% 图 5 检测峰谷值阈值是小的周期阵列的压缩过滤器是可以忽略的, $ 是阀值的精度, 根据给定的精度，确定类型和数组处理的精度。无效幅值去除在程序实现时，只需要一个判断。当我反复试验，发现在评估（例如，一个循环结束的雨流）是最合适的。循环的数目通常是雨流计数，在对接和第二雨流计数的不同波形的三个步骤，根据不同的情况来决定, 例如: 高均值偏态波形只要一次雨流计数便可以完成。1) 一次雨流计数是从压缩数据中提取的记录周期，特征值，如最大振幅，等。我用雨流计数，以个人的理解总总结的一些规律，为“四点法”的程序，并且实现起来也较容易。如图 4 所示, 在数组中有许多形式但也只有这两种, 如果a大于或等于b，b rfdemo1% rfdemo1(10)% rfdemo1(2 3 2 4 2 5 1 6)% By Adam Nies硂ny% ajnpo.opole.plerror(nargchk(0,2,nargin)if nargin=0, % turning points from 16 random numbers ext=sig2ext(randn(4);elseif length(ext(:)=1, % turning points from n random numbers ext=sig2ext(randn(1,ext);else % turning points from vector ext ext=sig2ext(ext);enda=rainflow(ext,1);m n=size(a);if n100, button = questdlg(Rainflow found num2str(sum(a(3,:) cycles! Do you want to continue?,. Continue Operation,Yes,No,No); if strcmp(button,No) error(Function aborted by user.) endendcol=ymcrgb;plot(0:length(ext)-1,ext,k.:)hold onwyk=0:0.05:1;for c=1:n, colnr=rem(c-1,6)+1; nr1=round(a(4,c)+1); nr2=round(a(4,c)+1+a(5,c)*a(3,c); if a(3,c)=1.0, if ext(nr1)ext(nr2), plot(wyk.*a(5,c)*0.5+a(4,c),cos( wyk.*pi)*a(1,c)+a(2,c),col(colnr) text(a(4,c),a(2,c)+a(1,c),int2str(c) . Half-cycle, down,. Color,col(colnr),VerticalAlignment,bottom) else plot(wyk.*a(5,c)*0.5+a(4,c),
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