大型矿用挖掘机载荷谱及统计动力学分析

摘要

大型矿用挖掘机作为露天采矿工程的主要挖掘和装载设备，其工作的边界条件、挖掘土壤的性质及操作者对挖掘机的操作等方面都表现出较强的随机性。要研究这种具有多个不确定因素的复杂随机系统，只有通过对挖掘机现场工作的实测数据进行分析与研究来完成，特列为国家863课题之一。
　　课题以某机型矿用挖掘机剥离挖掘现场的实测数据为基础，结合挖掘理论及对实际挖掘过程中异常情况的分析剔除部分不合理数据，以挖掘机的工作周期为依据对原始数据进行分组。最终选取频数最多的（周期为45s的样本）样本作为研究对象。
　　对提升、推压、回转系统的功率、力矩、转速进行时、频分析，求得了各系统参数的集合平均值、最大值、最小值、自相关系数、互相关系数等反应各个系统工作特性的数字特征量。对各系统的集合平均与最大值做了等效负荷图。计算得到了提升与推压力的统计值，以此作为后续计算（如计算铲斗内物料体积）的依据。
　　为了便于后续分析，运用Lagrange插值法将离散的测试数据拟合成多项式函数形及三项正弦函数形式。基于工程要求对挖掘段测试数据做了正弦函数的拟合，依此函数求得了挖掘段的自相关系数及谱密度函数。针对提升与推压系统的功率、力矩、力及速度的时谱做了对比分析，得到了提升与推压系统的各参数的比例系数，为挖掘机设计提供了指导性意见。
　　根据挖掘机工作现场测试的数据，通过数理统计理论和运用刚体静力学的传递函数间接求得作用在斗齿尖上的平均和最大载荷，即切向挖掘阻力和法向挖掘阻力。以提升系统本身的参数为确定性系统，首次将切向挖掘阻力(μw1，σ2W1)作为随机激励建立提升系统动力学方程，运用统计动力学理论（根据输入量的均值、方差、自相关函数及自功率谱函数）计算出输出量的统计特征。
　　基于对该机型挖掘机的载荷谱，运用相似定律预测得到75m3矿用挖掘机的载荷谱。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源、选题依据和背景

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．2．1 国外研究现状及发展动态

1．2．2 国内研究现状及发展动态

1．3 课题研究的目的及意义

1．4 课题研究的主要内容

第2章 数据统计的基础知识

2．1 数学基础

2．1．1 离散型随机过程的数字特征

2．1．2 连续型随机数据数字特征

2．2 数据拟合

2．2．1 拟合函数

2．2．2 最优拟合方程的判定方法

2．2．2 最优拟合方程的判别原则

第3章 提升电机测试数据的统计分析

3．1 样本选取

3．2 主从提升电机的同步性分析

3．3 提升电机功率的谱分析

3．3．1 提升功率时域曲线及直方图

3．3．2 提升功率数字特征计算

3．3．3 提升功率集合平均和最大值的拟合

3．3．4 提升功率集合平均和最大值在挖掘段的拟合及谱密度

3．4 提升电机力矩的谱分析

3．4．1 提升力矩时域曲线及直方图

3．4．2 提升力矩数字特征计算

3．4．3 提升力矩集合平均和最大值的拟合及频谱密度函数

3．5 提升力分析

3．5．1 提升力计算

3．5．2 提升力数字特征计算

3．6 提升电机转速的谱分析

3．6．1 提升电机转速时域曲线及直方图

3．6．2 提升电机转速数字特征计算

3．6．3 提升电机转速集合平均和最大值的拟合及频谱密度

3．7 小结

第4章 推压电机测试数据的统计分析

4．1 推压电机功率的谱分析

4．1．1 推压电机功率时域曲线及直方图

4．1．2 推压电机功率数字特征计算

4．1．3 推压功率集合平均和最大值的拟合及频谱密度

4．2 推压电机力矩的谱分析

4．2．1 推压电机力矩时域曲线及直方图

4．2．2 推压电机力矩数字特征计算

4．2．3 推压力矩集合平均和最大值的拟合及频谱密度

4．3 推压力分析

4．3．1 推压力计算

4．3．2 推压力数字特征计算

4．4 推压电机转速的谱分析

4．4．1 推压电机转速时域曲线及直方图

4．4．2 推压电机转速数字特征计算

4．4．3 推压电机转速集合平均和最大值的拟合及频谱密度

4．5 小结

第5章 回转电机测试数据的统计分析

5．1 回转电机功率的谱分析

5．1．1 回转电机功率时域曲线及直方图

5．1．2 回转电机功率数字特征计算

5．1．3 回转功率集合平均和最大值的拟合

5．1．4 回转电机功率取绝对值后的时域曲线及直方图

5．1．5 回转电机功率取绝对值后的数字特征计算

5．1．6 回转功率取绝对值后集合平均和最大值的拟合

5．1．7 取绝对值后的回转功率分段拟合及频谱密度函数

5．2 回转电机力矩的谱分析

5．2．1 回转电机力矩时域曲线及直方图

5．2．2 回转电机力矩数字特征计算

5．2．3 回转力矩集合平均和最大值的拟合及谱密度

5．2．4 回转力矩取绝对值后的时域曲线及直方图

5．2．5 回转力矩取绝对值后的数字特征计算

5．2．6 回转力矩取绝对值后集合平均和最大值的拟合

5．2．7 取绝对值后的回转力矩分段拟合及频谱密度函数

5．3 回转电机转速的谱分析

5．3．1 回转电机转速时域曲线及直方图

5．3．2 回转电机转速数字特征计算

5．3．3 回转电机转速集合平均和最大值的拟合及谱密度

5．3．4 回转电机转速取绝对值后的时域曲线及直方图

5．3．5 回转电机电机转速取绝对值后的数字特征计算

5．3．6 回转电机转速取绝对值后集合平均和最大值的拟合

5．3．7 取绝对值后的回转电机转速分段拟合及频谱密度函数

5．4 小结

第6章 提升与推压系统的比较分析

6．1 功率分析

6．2 力矩分析

6．3 力分析

6．4 速度分析

6．5 小结

第7章 提升系统统计动力学

7．1 机械式挖掘机统计力学的基本理论

7．1．1 确定计算简图和拟定运动方程原则

7．1．2 随机振动问题

7．2 提升系统统计动力学

7．2．1 提升系统振动模型的建立

7．2．2 系统输入特性

7．2．3 求输出统计特征

7．3 小结

第8章 75m3矿用挖掘机载荷移植

8．1 75m3矿用挖掘机提升功率谱

8．1．1 提升功率集合平均

8．1．2 升功率最大值

8．2 75m3矿用挖掘机提升力谱

8．2．1 提升力集合平均

8．2．2 提升力最大值

8．3 75m3矿用挖掘机提升速度谱

8．3．1 提升速度集合平均

8．3．2 提升速度最大值

8．4 75m3矿用挖掘机推压功率谱

8．4．1 推压功率集合平均

8．4．2 推压功率最大值

8．5 75m3矿用挖掘机推压力谱

8．5．1 推压力集合平均

8．5．2 推压力最大值

8．6 75m3矿用挖掘机推压速度谱

8．6．1 推压速度集合平均

8．6．2 推压速度最大值

8．7 小结

第9章 结论与展望

9．1 结论

9．2 展望

参考文献

致谢