为了完善长安大学公路学院交通工程类专业本科生的实验教学课程,设计开发了一套公路层间剪应力检测实验平台,该实验平台可以有效检测施工后公路面层与基层结合面的粘接强度。该实验平台主要由步进电机、减速机构、推力机构和力传感器组成。工作时,步进电机通过减速机构和推力机构将马歇尔试样推断,力传感器将马歇尔试样断裂所需的剪应力上传至控制系统,控制系统使剪应力数据以曲线图的形式显示在显示器上。经测试证明,该实验平台对公路层间剪应力的检测结果准确可靠。使用该检测实验平台可以有效训练学生进行路面抽样检测的专业技能,为其公路施工检测专业技能的培养奠定了良好的基础。

针对装载机驱动桥轮边减速器齿轮系统的疲劳问题,开展了其动力学仿真与疲劳寿命评估。首先,基于刚体动力学与刚柔耦合动力学,分析了太阳轮与行星轮接触力的变化情况,并与接触力理论计算值对比,验证了模型的可信性;而后,将太阳轮考虑为柔性体,提取了齿根疲劳危险点的应力时间历程,对应力时间历程进行了峰谷抽取与小波去除,结合Goodman公式修正了平均应力的影响,编制了一维应力谱;最后,依据线性疲劳损伤累积准则对太阳轮齿根的裂纹萌生寿命进行了计算评估,并与实验结果进行了对比。结果表明,基于刚柔耦合动力学模型的太阳轮的裂纹萌生寿命为42709 h,与两次实验结果的相对误差分别为1.5%与3.7%,验证了评估方法的合理性,为齿轮系统的优化与抗疲劳设计提供了参考。

轮式装载机在作业过程中工作装置所受外载荷复杂,目前研究大多基于动力学仿真和理论分析来确定外载荷,所得结果与真实情况有较大差距.以装载机铲斗为研究对象,根据力学平衡方程,推导斗尖外载荷与铲斗铰点力之间的力学关系,建立铲斗外载荷识别理论模型.基于铲斗各铰点处结构特点,设计铰点载荷采集传感器,并结合信号采集仪器,搭建基于铲斗外载荷识别理论模型的载荷测试系统.而后对工作装置进行静态加载实验,发现载荷大小的相对误差在5%以内,角度偏差在3°以内.选取大石方工况进行铲掘实验,对测得载荷进行了不同作业段下的载荷特性分析,发现铲掘段载荷的均幅值最大,均值达到了265 kN;重载运输段和卸料段载荷载荷水平接近,其中重载运输段的大载荷比例和载荷频次要高于卸料段;轻载运输段载荷水平最低,其中约90%的载荷均值在50 kN以下.该方...

为了使装载机驱动桥疲劳试验更加真实地反映装载机实际作业情况,研究了装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱的编制方法。在扭矩加载谱的编制过程中,根据装载机驱动桥实际扭矩特性,提出了驱动桥疲劳试验时前传动轴正反转加载的方法,确定了前传动轴载荷谱的分级数、载荷循环阈值和疲劳试验时的转速。结果表明：依据前传动轴正反转加载的方法处理的等效效果与装载机实际作业情况相一致,很大程度地降低疲劳试验难度;疲劳试验时前传动轴转速的选择方法可使疲劳试验更加真实地模拟装载机实际作业情况;加载一个强化疲劳试验加载谱块需11.4 h,相当于装载机实际作业609.2 h,明显加快了驱动桥疲劳试验的进程。

构建了装载机工作装置载荷测试系统,以预处理后销轴载荷为数据样本,提出一种基于中心极限定理的样本长度确定方法,并探讨了样本长度变化对载荷均幅值分布模型预估参数的影响.结果表明：提出的载荷样本长度确定方法避免了谱密度法的数据饱和以及趋势线拟合法对拟合模型的依赖性.在置信度0.95和统计误差为0.05时,得到了测试物料工况下载荷均幅值分布估计参数达到稳定时的临界样本数为48斗,低于临界样本数时估计参数变化波动明显,高于临界值开始趋于稳定.本方法具有可信度高、试验成本低和工作量小的优点,为装载机工作装置载荷测试样本长度的确定提供了重要参考依据.

装载机工作装置随机载荷的统计分析是工作装置载荷谱编制及结构疲劳分析的基础。文章实测了装载机工作装置在大石方、原生土、小石方和沙子4种物料工况下铲斗的受力载荷时间历程,采用统计方法对信号中的毛刺进行甄别与剔除,按照工况时间比例对载荷进行分段拼接,检验分段载荷的平稳性和各态历经性;利用数理统计的方法分析分段实测随机载荷的统计特性,采用峰谷抽取和雨流计数法统计载荷均值和幅值的频次,得到了均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合分布数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立。随机载荷统计分析的方法和结果为装载机工作装置疲劳载荷谱编制以及可靠性台架试验提供了依据。

为了对轮式装载机驱动桥进行抗疲劳设计和疲劳可靠性评估，在获得ZL50G轮式装载机驱动桥输入轴实际工作扭矩载荷谱和转速统计的基础上，对驱动桥扭矩载荷谱进行了等效疲劳强化处理和正反转加载疲劳试验，并对驱动桥进行了极小子样疲劳可靠性评估.结果表明：驱动桥疲劳破坏主要发生在主减速器螺旋锥齿轮处，螺旋锥齿轮以弯曲疲劳破坏形式为主；轮边行星齿轮以接触疲劳破坏形式为主.在给定工作寿命的条件下，基于疲劳寿命试验结果的极小子样疲劳可靠性评估，获得了驱动桥工作时间与可靠度的关系曲线.