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中文翻譯
龍門式起重機(jī)金屬材料的疲勞強(qiáng)度預(yù)測
v.a.科普諾夫
郵箱64，郵編620107，俄
收到1998年4月3日；接受1998年9月29日
摘要
內(nèi)在的疲勞曲線應(yīng)用到龍門式起重機(jī)金屬材料的疲勞壽命預(yù)測問題。起重機(jī)，用于在森林工業(yè)中，在伐木林場對各種不同的工作條件進(jìn)行研究，并且做出相應(yīng)的應(yīng)變測量。對載重的循環(huán)周期進(jìn)行計(jì)算，下雨循環(huán)計(jì)數(shù)技術(shù)得到了使用。在一年內(nèi)這些起重機(jī)運(yùn)作的樣本被觀察為了得到運(yùn)作周期的平均數(shù)。疲勞失效分析表明，一些元件的故障是自然的系統(tǒng)因素，并且不能被一些隨意的原因所解釋。1999年Elsevier公司科學(xué)有限公司。保留所有權(quán)利。
關(guān)鍵詞：起重機(jī);疲勞評估;應(yīng)變測量
1.緒論
??頻繁觀測龍門式起重機(jī)LT62B在運(yùn)作時金屬元件疲勞失效。引起疲勞裂紋的故障沿著起重機(jī)的橋梁焊接接頭進(jìn)行傳播，并且能夠支撐三到四年。這種起重機(jī)在森林工業(yè)的伐木林場被廣泛使用，用來轉(zhuǎn)移完整長度的原木和鋸木到鐵路的火車上，有一次裝載30噸貨物的能力。 這種類型的起重機(jī)大約1000臺以上工作在俄羅斯森林工業(yè)的企業(yè)中。限制起重機(jī)壽命的問題即最弱的要素被正式找到之后，預(yù)測其疲勞強(qiáng)度，并給制造商建議，以提高起重機(jī)的壽命。
2.起重機(jī)運(yùn)行分析
??為了分析，在葉卡特琳堡地區(qū)的林場碼頭選中了一臺被安裝在葉卡特琳堡地區(qū)的林場碼頭的龍門式起重機(jī)LT62B， 這臺起重機(jī)能夠供應(yīng)兩個伐木廠建立存儲倉庫，并且能轉(zhuǎn)運(yùn)木頭到鐵路的火車上，這條鐵路通過存儲倉庫。這些設(shè)備的安裝就是為了這個轉(zhuǎn)貨地點(diǎn)在起重機(jī)的跨度范圍之內(nèi)。一個起重機(jī)示意圖顯示在圖1中 。
1350-6307/99 /元，看到前面的問題。 1999年Elsevier公司科學(xué)有限公司保留所有權(quán)利。
PH:S1350-6307(98)00041-7
V.A.Kopnov|機(jī)械故障分析6（1999）131-141
圖1起重機(jī)簡圖
檢查起重機(jī)的工作之后，一系列的假設(shè)可能會作出：
·如果每月從森林移動的原木超過加工率，即是有一個原木存儲的倉庫，這個起重機(jī)期待的工作，也只是在原木加工的實(shí)際堆數(shù)在所供給原木數(shù)量的中心線以下；
·當(dāng)處理超過原木從森林運(yùn)出的速度時，起重機(jī)的工作需要在的大量的木材之上進(jìn)行操作，相當(dāng)于在大量的木材上這個鋸木廠賺取的很少；
·原木不同的倉庫;大量的木材的高度被認(rèn)為是最高的;
·倉庫的變化，取替了一側(cè)對面的鋸軋機(jī);
·裝載進(jìn)程中總量是平均為K=1.4倍大于移動總量由于額外的轉(zhuǎn)移。
2.1 搬運(yùn)強(qiáng)度
??據(jù)了解，每年的搬運(yùn)強(qiáng)度是不規(guī)律的，不能被視為一個平穩(wěn)過程。非平穩(wěn)流動的道路列車的性質(zhì)在23家企業(yè)中已經(jīng)研究5年的時間，結(jié)果已經(jīng)表明在年復(fù)一年中，對于每個企業(yè)來說，每個月的搬運(yùn)強(qiáng)度都是不同的。這是解釋復(fù)雜的各種系統(tǒng)和隨機(jī)效應(yīng)，對搬運(yùn)施加的影響：天氣條件，道路條件和貨車車隊(duì)等，所有木材被運(yùn)送到存儲倉庫的木材，在一年內(nèi)應(yīng)該被處理。 因此，在春季和秋季搬運(yùn)木頭的可能性越來越小，冬天搬運(yùn)的可能性越來越大，然而在冬天搬運(yùn)強(qiáng)度強(qiáng)于預(yù)想的，在夏天的情況下，更多足夠長的木材就地被處理的比運(yùn)出去的要多的多。
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表1
搬運(yùn)強(qiáng)度（%）
表2
轉(zhuǎn)移儲存量
通過一年的觀察，從118各搬運(yùn)值的觀察所了解到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且有可能評價(jià)相關(guān)的搬運(yùn)強(qiáng)度（噸）參考年度的裝載量的百分比。該搬運(yùn)的數(shù)據(jù)被記錄在起重機(jī)預(yù)期值表1中，它可以被應(yīng)用到估計(jì)疲勞壽命，尤其是為檢查起重機(jī)應(yīng)變測量（見稍后）。將有可能為每個起重機(jī)，每一個月所負(fù)荷的載重量，建立這些數(shù)據(jù)，無需特別困難的統(tǒng)計(jì)調(diào)查。此外，為了解決這個問題的壽命預(yù)測的知識是未來的荷載要求,在類似的操作條件下，我們采取起重機(jī)預(yù)期值。
每月搬運(yùn)價(jià)值的分布Q（t） ，被相對強(qiáng)度q（t）表示為
?其中Q是每年的裝載量的記錄存儲，是設(shè)計(jì)的最大存儲原木值Q以百分比計(jì)算，其中為考察起重機(jī)等于40.0萬立方米每年,和容積載重搬運(yùn)為10％的起重機(jī)，得到的數(shù)據(jù)列在表2中，總量56000立方米每年，用K表示。
2.2 .裝載木塊的數(shù)量
??這個運(yùn)行裝置，如夾緊，吊裝，轉(zhuǎn)移，降低，和釋放負(fù)載可被視為起重機(jī)的一個運(yùn)行周期（加載塊）。參照這個調(diào)查結(jié)果，以操作時間為一個周期，作為范本，由正常變量與平均值11.5分相等等，標(biāo)準(zhǔn)差為1.5分鐘。不幸的是，這個特點(diǎn)不能簡單地用于定義運(yùn)作周期的數(shù)目，任何工作期間的載重加工是非常不規(guī)則。使用運(yùn)行時間的起重機(jī)和評價(jià)周期時間，與實(shí)際增加一個數(shù)量的周期比，很容易得出比較大的誤差，因此，最好是作為如下。
??測量一個單位的載荷，可以作為范本，由一個隨機(jī)變量代入分布函數(shù)得出，并且比實(shí)際一包貨物少然后，明知總量的加工負(fù)荷為1個月或一年可能確定分布參數(shù)的數(shù)目，運(yùn)作周期為這些時期要利用這個方法的更新理論
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圖2隨機(jī)重建過程中的負(fù)荷
根據(jù)這些方法，隨機(jī)重建過程中所顯示的圖。二是考慮到，（隨機(jī)變量）負(fù)荷，形成了一個流動的數(shù)據(jù)鏈：
在重建的理論中，隨機(jī)變量：，有一個分布函數(shù)f（t）的，可以被理解為在失敗的連接或者要求收據(jù)時的恢復(fù)時刻。過程的載荷值，作為下一次的動作的通過值，被看作是重建的時刻。
設(shè)。函數(shù)f （ t ）反復(fù)被定義，
假設(shè)V （ t ）是在運(yùn)作周期內(nèi)轉(zhuǎn)移貨物的數(shù)量。實(shí)踐中，總轉(zhuǎn)移貨物的總噸數(shù)，基本上是大于機(jī)組負(fù)荷，，由于利用漸近性質(zhì)的重建過程所以式有益的。根據(jù)下面適當(dāng)?shù)南拗浦亟ǘɡ恚枰D(zhuǎn)移大量噸數(shù)。已正態(tài)分布漸近與均值和方差，確定抽樣數(shù)量的周期v
而不依賴于整個的形式分布函數(shù)的，（只對不同的格式分配進(jìn)行限制）。
??利用表2的每個月平均運(yùn)作用方程（ 4 ）表示，賦予正態(tài)分布功能的數(shù)量，負(fù)載周期與參數(shù)m和6。在正態(tài)分布表3中。圖3顯示的平均人數(shù)周期與95 ％的置信區(qū)間某一年的相應(yīng)的值為12719和420個周期。
表3
運(yùn)作周期的正太分布
3 .應(yīng)變測量
??為了顯示大多數(shù)金屬的負(fù)載元素，并且確定一系列的壓力，事前做了靜態(tài)應(yīng)變測量。垂直載荷用來測量懸掛負(fù)載，并且斜交加載由一個牽引力所形成，配備了一臺測力計(jì)。靜態(tài)應(yīng)力值分布在圖4和5中 。同樣地預(yù)計(jì)，梁上的最大的拉應(yīng)力，發(fā)生在底部的桁架上（值為11-45 MPA ）。頂端的桁架受到最大的壓縮應(yīng)力。 此處的彎曲應(yīng)力所造成的壓力，車輪起重機(jī)，手推車等被添加到所說的橋梁和負(fù)荷的重量。這些壓力的結(jié)果，在底部的共振的的I梁那么壓縮應(yīng)力比最高的1 處要大得多（值17-75和10-20兆帕斯卡），其他要素的梁加載的值
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月份
圖3 95%的置信區(qū)間運(yùn)作周期的平均數(shù)
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圖4梁的分配計(jì)劃
不超過絕對值45兆帕斯卡。連接與支持的橋梁起重機(jī)加載的時間，也不定期。最大的壓縮應(yīng)力發(fā)生在變形的最大角度，在內(nèi)部看來;最高壓力值將達(dá)到到h0MPa和痛苦（計(jì)8日和9 ） 。在隔板和角度1的支板上，最大的拉應(yīng)力達(dá)到45兆帕斯卡（壓力表1 ）。 起重機(jī)梁的器件在受到最大壓力和軸向載荷較弱的時候，另一方面，所遭受的主要是斜負(fù)荷。起重機(jī)的豎向載荷主要是由牽引力引起的。
這種轉(zhuǎn)移完整長度的木材的起重機(jī)的金屬的載重量，不同于一般用途的起重機(jī)。首先它必須遵循起重機(jī)的裝載規(guī)則，由于逐步脫離基地。因此，負(fù)荷增加，并不是慢慢的順利進(jìn)行。 第二個特點(diǎn)是物質(zhì)吊裝的加快導(dǎo)致低低效率。這是抓斗所存在的所限制，這意味著不允許繩索從吊具座下降;載重量應(yīng)始終保持平衡。負(fù)載減弱加快電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可能性是沒有根據(jù)的，因此微乎其微。因此，以同時懸掛的速度，森林龍門式起重機(jī)受到較小的動應(yīng)力與類似的一般用途的起重機(jī)相比而言。通常，當(dāng)速度增加順利，在接通電器之后，從基地進(jìn)行轉(zhuǎn)載3.5-4.5秒鐘進(jìn)行一個循環(huán)。在事實(shí)上，并沒有發(fā)現(xiàn)金屬有顯著的振蕩，并且壓力慢慢達(dá)到了最大值。
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圖5 支持分配
當(dāng)可能性最明朗的時候，在伸展和抓取的結(jié)合處，在按下開關(guān)后一秒鐘繩索開始繃緊，在結(jié)合處清楚的發(fā)生。這個電動機(jī)以0.6-0.7每秒的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。從按下開關(guān)到繩索完全拉緊這一刻，需要3-3.5 s的時間，緊張的繩索慢慢的增加倒最長。梁的最大壓力增長倒最大值1-2 S并且平均振蕩為3.5 ％ 。
??當(dāng)一個固定的負(fù)荷解除時，加快速度，裝載在鋼絲繩上的吊具和金屬幾乎是相同的情況下快速吊起一堆捆扎的木材。該金屬金工振蕩的特點(diǎn)是有兩個諧波在0.6和2秒的過程當(dāng)中，這些已經(jīng)在前面的分析中獲得。從總結(jié)裝貨的振幅可以看出在最壞的情況下裝載貨物，使最高動態(tài)加載超過上述靜態(tài)載荷可以達(dá)到13-14 ％ 。制動一個負(fù)荷，當(dāng)它逐漸降低時，在金屬制品上產(chǎn)生顯著的振動應(yīng)力，可以達(dá)到靜態(tài)載荷的7%左右。
移動超過鋼軌接頭的3-4毫米的高度時，得到的只有微不足道的壓力。 在運(yùn)行中，有可能的情況下，當(dāng)源自不同類型的負(fù)荷加載結(jié)合起來。 當(dāng)最高負(fù)荷從制動負(fù)荷時降低，是最大負(fù)荷情況配合制動手推車與同的調(diào)整制動器。
4 疲勞載荷分析
通過起重機(jī)的工作和壓力示波圖的獲得，在測試點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變測量，在圖6
和第5中排列顯示，自一臺起重機(jī)的常見工作周期的時間由足夠的散射和平均值約為15分鐘，常見的運(yùn)行周期的時間起重機(jī)有足夠的散射與平均價(jià)值11.5 ）
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時間（0.1分鐘）裝貨過程變化值
民，以減少這些示意圖均勻過濾所產(chǎn)生的這些信號，和所有反復(fù)的形成的值，也就是說，當(dāng)結(jié)構(gòu)是不受到動態(tài)加載，只有靜態(tài)加載發(fā)生時，將會被拒絕。 三個特點(diǎn)強(qiáng)調(diào)示意圖 （表11 ）顯示在表6中，而裝貨運(yùn)行周期的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是可見的。首先，當(dāng)負(fù)載被提升時，壓力增加到最高值。當(dāng)載荷被轉(zhuǎn)移到合適的位置并且強(qiáng)烈振蕩之后之后，由于不規(guī)則起重機(jī)運(yùn)動對鋼軌及以上的鋼軌接頭導(dǎo)致大量的軸向載荷作為大多數(shù)降低載荷的原因。減少貨物的裝載量導(dǎo)致裝載量減少，并且建成一項(xiàng)基本負(fù)載周期的一半。
4.1 裝載過程中的振幅分析
? ? 這兩個名詞，現(xiàn)在應(yīng)該分開：裝載周期和裝載量。第一是作為一獨(dú)特的振蕩講（閉環(huán)） ，二是為一套加載周期期間一個運(yùn)行周期。
?? 該雨流循環(huán)計(jì)數(shù)方法給出了最終裁決。[ 2 ]是采取優(yōu)勢，以前面提到的疲勞的強(qiáng)度回線分析，為三個最弱的要素：（1）底部角度的協(xié)調(diào)（表11），（2）橫梁頂端的協(xié)調(diào)（表17），（3）角度的支持（表8）。用微分的手段統(tǒng)計(jì)樣本周期振幅的值的分布情況，由此得出估計(jì)參數(shù)列于于表4 中。應(yīng)該指出的是，直線圖的周期振幅與減少事后的非零平均數(shù)相等于直線圖為零時的平均數(shù)。
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表4
裝載振幅的威布爾分布參數(shù)
名字
布爾分布參數(shù)
值MPa
格式b
底部角度的協(xié)調(diào)
23.4
5
橫梁頂端的協(xié)調(diào)
40.4
4
角度的支持
29.5
4
4.2 裝載周期的數(shù)目
在雨流循環(huán)計(jì)數(shù)過程期間，計(jì)算有多少負(fù)荷周期進(jìn)行了裝載量由多少載重周
期的計(jì)算裝載座也進(jìn)行了。而處理這一類示波圖，一個整體樣本數(shù)量的加載周期得到了構(gòu)成的整數(shù)與最低及最高觀察值：24和26。隨機(jī)裝貨周期數(shù)VB可以由泊松分布參數(shù)來形容 = 34 。
每個月裝貨塊平均數(shù)值很快就獲得了，因此它是有可能找到適當(dāng)?shù)奶攸c(diǎn)，如果采取中央極限周期，不僅為每月裝載量，而且也為每月或每年的裝載周期。??
首先，將它從已知的概率論考慮，除了給出了獨(dú)立的泊松系數(shù)，還給出了一個隨機(jī)變量與泊松分布的參數(shù)K）。在另一方面，泊松分布可以很好地近似正態(tài)分布平均k。其次，中心極限定理，大致來說，有著大量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算，獨(dú)立的初次分配漸近趨于正常。如果初次分配每個獨(dú)立的任期有一個正態(tài)分布，那么載重周期為一年的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差總數(shù)的都是平等的，大致為423096和650 。通過這些值從表3中取值。
5 應(yīng)力集中的因素和元件的耐力
要素起重機(jī)的各個部件初步是由半自動氣體焊接，沒有邊緣制造設(shè)備及相應(yīng)的加工。為考察要件1和3周和邊緣焊縫的角度與節(jié)點(diǎn)板，有效應(yīng)力集中疲勞系數(shù)是所給予的計(jì)算方法[ 3 ]，的KF = 2.6-2.9 ，正好等于估計(jì)值，鑒于目前在俄羅斯規(guī)范疲勞焊接要素[ 4 ]，的KF = 2.9。起重機(jī)金屬制成的材料為合金鋼09g2s，此材料有一個持久極限120 MPa和屈服強(qiáng)度350兆帕斯卡。然后在平均值可承受的范圍內(nèi)視察要件1和3= 41兆帕斯卡。變異系數(shù)為0.1，和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為=4.1兆帕斯卡。觀察的基本組成部分2是一個I形穿孔，由孔附加導(dǎo)軌，以頂端法蘭。那個相當(dāng)大的局部應(yīng)力所造成彎曲的地方也能促進(jìn)疲勞損傷累積。根據(jù)表[ 4 ]，有效應(yīng)力集中系數(shù)是接受的KF = 1.8，給出了一個平均的價(jià)值，可承受的極限，作為=67的強(qiáng)度創(chuàng)傷。使用相同的變化系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差是=6.7強(qiáng)度創(chuàng)傷.平均曲線，建議在表[ 4 ]，已形式：
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表5
對數(shù)參數(shù)的正太分布
名字
壽命分布參數(shù)
平均（塊）
標(biāo)準(zhǔn)(塊)
底部角度的協(xié)調(diào)
106.800
58.200
橫梁頂端的協(xié)調(diào)
143.200
79.200
角度的支持
74.620
32.300
與拐點(diǎn)沒有5.106和斜度為4.5為要件1及3斜度為5.5 組成部分2?？赡艿闹档脑啬土O限上述重疊的范圍，載荷振幅與非零的概率，這意味著這些元素受到疲勞累積損傷。然后根據(jù)上面可能作出結(jié)論，認(rèn)為疲勞計(jì)算的要素是必要的，也就是疲勞強(qiáng)度預(yù)測。
6 壽命預(yù)測
??該項(xiàng)研究的一些金屬材料受到疲勞損傷的累積。內(nèi)在的疲勞曲線是我們預(yù)測生命應(yīng)采取的優(yōu)勢，其中詳見于表[ 5 ]和表[ 6 ].通過以下內(nèi)在疲勞曲線的理論，我們根據(jù)觀察到壽命分布密度得到數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)。該法所得的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差分別見表5 。那個數(shù)正態(tài)分布所得出的分布密度，顯示在圖7中。這是從這個表中至少強(qiáng)度要件為3 。得出一個平均的數(shù)量，載重量1年為12719 ， 很明顯，平均方法所得的吊臂前，疲勞裂紋出現(xiàn)在焊接要素是足夠的：元件的生命周期8.5年為組成部分1 ，11.5年為要件2 ，和6年為組成部分3 。然而，這些要素失效的概率不小于3-4年和是在范圍0.09-0.22 。這些概率不能被忽視，為服務(wù)的設(shè)計(jì)和維修提供幫助，應(yīng)作出努力，擴(kuò)大允許裂紋發(fā)生并且提高強(qiáng)度。
7 結(jié)論
??通過分析起重機(jī)載重表明，一些金屬材料受到較大動態(tài)載荷，從而導(dǎo)致疲勞損傷的積累，其次是疲勞失效。
??疲勞強(qiáng)度的預(yù)測過程，本文提出了涉及四個部分
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運(yùn)行周期
圖7各要素壽命分布的密度曲線
（1）分析的運(yùn)作，在實(shí)踐中和決心裝載塊一段時期。
（2）雨流循環(huán)計(jì)數(shù)技術(shù)的計(jì)算負(fù)荷周期為一期標(biāo)準(zhǔn)
????運(yùn)作。
（3）選擇適當(dāng)材料根據(jù)疲勞數(shù)據(jù)。
（4）使用內(nèi)在疲勞曲線的方法計(jì)算疲勞強(qiáng)度。
??調(diào)查結(jié)果已證實(shí)的個案觀察
制造商已采取的決定，關(guān)于加強(qiáng)固定強(qiáng)度。 以實(shí)現(xiàn)延長疲勞強(qiáng)度。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
1、前言
動態(tài)載荷識別技術(shù)在重載采掘裝備方面目前處于初始研究階段，由于動態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中還沒有起到作用。
本課題首先需要對動態(tài)載荷識別技術(shù)有所了解，然后根據(jù)載荷識別算法構(gòu)建出載荷識別人機(jī)交互平臺，輸入為振動測試信號，輸出為辨識的載荷。最后根據(jù)載荷特點(diǎn)，應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)法得到載荷譜，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
2、研究現(xiàn)狀：
礦石是一種非常重要的資源，礦石的開采歷史較為悠久，在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷提高的現(xiàn)在，礦產(chǎn)機(jī)械也在不斷的更新[1]。礦產(chǎn)開采行業(yè)逐漸變成工業(yè)操作的發(fā)展模式，大部分礦石企業(yè)的生產(chǎn)能力也有很大的提高。與此同時，礦石企業(yè)也更加關(guān)注開采工作中的機(jī)械化水平，但是在礦石開采機(jī)械化進(jìn)程中依然會出現(xiàn)一些問題，這需要有針對性的做出處理[2]。
伴隨改革開放的不斷深入，我國各行各業(yè)的發(fā)展也開始走向國家化。我國礦產(chǎn)行業(yè)的機(jī)械也在不斷提升，從最開始的簡單模仿到現(xiàn)在的自主研究不斷創(chuàng)新，徹底改變了我國礦產(chǎn)機(jī)械在市場上的競爭力，走向了礦產(chǎn)機(jī)械自主研發(fā)創(chuàng)新的路[3]。礦產(chǎn)機(jī)械的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)有著密切的關(guān)系。伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對礦石的需求也在增加，上世紀(jì)末我國主要的礦產(chǎn)開采在晉陜蒙寧地區(qū)，這些地區(qū)所開采出來的礦產(chǎn)量占我國礦石總量的一半，這些地區(qū)的礦石開采比較適合大規(guī)模的礦產(chǎn)設(shè)備，因?yàn)閷ΦV石資源需求量的增加，所以要不段的加大開發(fā)規(guī)模,因此對礦產(chǎn)設(shè)備的需求也有所提升，這影響和帶動了我國礦產(chǎn)機(jī)械的發(fā)展[4]。我國目前的礦產(chǎn)開采設(shè)備已經(jīng)在性能和使用上滿足了生產(chǎn)要求，這也代表礦產(chǎn)機(jī)械要不斷的發(fā)展和更新，爭取生產(chǎn)出安全、可靠的智能化一體化的設(shè)備，不斷的縮短我國礦產(chǎn)設(shè)備和其他國家的差距，以此來滿足礦石資源開發(fā)的需求[5]。
我國是礦石生產(chǎn)的大國之一，我國的礦石使用量也是巨大的。所以礦產(chǎn)機(jī)械要不斷的進(jìn)行創(chuàng)新跟上發(fā)展的腳步，給礦石資源的開發(fā)提供一定的保障[6]。我國的礦產(chǎn)機(jī)械雖然有了較大的發(fā)展，但是還是缺乏一定的競爭力，還有很多核心技術(shù)需要從國外引進(jìn)[7]。我國自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)的產(chǎn)品還不是很多，我國在國外引進(jìn)的一些核心技術(shù)只是停留在模仿的階段，并沒有對引進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行研究和分析，并使用到開發(fā)應(yīng)用上，因此就無法形成好的自主研發(fā)不斷創(chuàng)新的氛圍[8]。我國的制造產(chǎn)業(yè)在世界發(fā)展水平上來講相對落后，因此還有很大的提升空間，我國如果可以提高制造工藝就會大大帶動礦產(chǎn)機(jī)械的發(fā)展[9]。
通過和發(fā)達(dá)國家進(jìn)行礦產(chǎn)機(jī)械制造業(yè)的理論研究進(jìn)行比較，我國礦產(chǎn)機(jī)械業(yè)也只能是不斷的模仿，對外觀進(jìn)行仿制，對理論基礎(chǔ)并不重視，因此導(dǎo)致我國礦產(chǎn)機(jī)械的基礎(chǔ)不牢固，所以我國的礦產(chǎn)機(jī)械的使用壽命和安全指數(shù)都較低，因此難以滿足企業(yè)的使用需求[10]。
3、發(fā)展趨勢：
現(xiàn)在，我國傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備已經(jīng)不能滿足礦石的開采工作，機(jī)電一體化的礦石 設(shè)備在煤炭開采中扮演著越來越重要的角色，礦產(chǎn)機(jī)械一體化的到來可以有效的提高礦石開采的效率，讓礦石的開采運(yùn)輸逐漸走向一體化，保障礦石資源開發(fā)的一體化可以有效的提高效率，保障生產(chǎn)的安全性[11]。提高礦石產(chǎn)量是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，所以要盡快實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)機(jī)械的現(xiàn)代化，因此我們要不斷加強(qiáng)礦產(chǎn)機(jī)械的創(chuàng)新，讓其不斷的走向現(xiàn)代化、智能化是現(xiàn)在市場的需求[12]。所以，礦石設(shè)備的發(fā)展問題將會影響到整個礦石行業(yè)的發(fā)展。機(jī)械設(shè)備的靈活性指的是機(jī)械設(shè)備有較強(qiáng)的適應(yīng)性，一臺設(shè)備可以適應(yīng)不同的地質(zhì)和工作環(huán)境[13]。提高機(jī)械設(shè)備的靈活性可以開采環(huán)境較差的礦石資源，因此可以提高礦石行業(yè)的生產(chǎn)力[14]。
礦產(chǎn)機(jī)械的發(fā)展正在逐漸的從傳統(tǒng)的制造技術(shù)向先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行發(fā)展，爭取不斷的走向智能化的操作系統(tǒng)，讓它自身具有的優(yōu)勢可以在整個行業(yè)中不斷的發(fā)展。因此使用到更廣的領(lǐng)域中，把智能化的生產(chǎn)技術(shù)使用在礦產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)中也會有很好的發(fā)展前景，把礦產(chǎn)機(jī)械的操作系統(tǒng)變得更精確更智能，不但可以有效提高礦石開采的產(chǎn)量，還要保證一定的安全和可靠性[15]。綜合化指的是機(jī)械設(shè)備功能的一體性，也就是讓一臺設(shè)備具有多種功能。讓機(jī)械設(shè)備變得綜合化，可以有效的節(jié)約人力資源，提高設(shè)備的使用率[16]?，F(xiàn)在時期，社會的快速發(fā)展，每個行業(yè)都在逐漸的走向智能和現(xiàn)代化。礦產(chǎn)機(jī)械行業(yè)也要緊跟時代發(fā)展。
機(jī)械操作逐漸向著自動智能的趨勢轉(zhuǎn)變，礦石行業(yè)如果想在市場和資源競爭中取得良好的發(fā)展前景，就要逐漸的適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，礦石行業(yè)的發(fā)展要在現(xiàn)在的基礎(chǔ)之上學(xué)習(xí)和引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化的操作模式，這種生產(chǎn)模式的變更可以有效的提高生產(chǎn)效率，還可以減少企業(yè)人員數(shù)量，提高勞動生產(chǎn)率[17]。此外，推廣使用我國自主研發(fā)的設(shè)備可以節(jié)約成本，同時也可以擺脫國外技術(shù)的制約。
近年來，由于我國礦石行業(yè)的不斷擴(kuò)大，很多規(guī)模較大的礦產(chǎn)企業(yè)的礦石機(jī)械設(shè)備都被外國壟斷，我國礦石機(jī)械行業(yè)的發(fā)展相對落后，礦石機(jī)械設(shè)備水平比較低，已經(jīng)不能滿足我國礦石行業(yè)的需求，只有盡快改善這種局，才能提高我國礦石機(jī)械設(shè)備在國際領(lǐng)域的競爭力。
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２．本課題研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
1.課題的提出
動態(tài)載荷識別技術(shù)在重載采掘裝備方面目前處于初始研究階段，由于動態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中還沒有起到作用。
本課題首先需要對動態(tài)載荷識別技術(shù)有所了解，然后根據(jù)載荷識別算法構(gòu)建出載荷識別人機(jī)交互平臺，輸入為振動測試信號，輸出為辨識的載荷。最后根據(jù)載荷特點(diǎn)，應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)法得到載荷譜，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
2主要工作和研究手段
（1） 了解載荷識別技術(shù)在礦用裝備中的應(yīng)用。
（2）根據(jù)載荷識別算法采用VB或者其他編程語言搭建載荷識別人機(jī)交互平臺，實(shí)現(xiàn)礦用采掘裝備的載荷辨識。
（3）建立振動測試信號數(shù)據(jù)庫，并與上述人機(jī)交互平臺界面連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、調(diào)用、顯示及作為輸入輸出的功能。
（4）構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺，對識別的載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
張鑫同學(xué)本學(xué)期的課題是“礦用采掘裝備載荷識別平臺設(shè)計(jì)”所要求的任務(wù)完成符合教學(xué)的要求，課題具有一定實(shí)際意義。
自開學(xué)以來，張鑫同學(xué)能參加指導(dǎo)教師和個別輔導(dǎo)，該同學(xué)具備有完成“礦用采掘裝備載荷識別平臺設(shè)計(jì)”的基本知識，有完成本學(xué)期課題所要求的各項(xiàng)任務(wù)。
指導(dǎo)教師：
2016年4月10日
所在系審查意見：
同意開題
系主任：
2016年3月22日
礦用采掘裝備載荷識別平臺設(shè)計(jì)
摘要：動態(tài)載荷識別技術(shù)在重載采掘裝備方面目前處于初始研究階段，由于動態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中還沒有起到作用。
本課題首先需要對動態(tài)載荷識別技術(shù)有所了解，然后根據(jù)載荷識別算法構(gòu)建出載荷識別人機(jī)交互平臺，輸入為振動測試信號，輸出為辨識的載荷。最后根據(jù)載荷特點(diǎn)，應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)法得到載荷譜，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 了解載荷識別技術(shù)在礦用裝備中的應(yīng)用。根據(jù)載荷識別算法采用VB或者其他編程語言搭建載荷識別人機(jī)交互平臺，實(shí)現(xiàn)礦用采掘裝備的載荷辨識。建立振動測試信號數(shù)據(jù)庫，并與上述人機(jī)交互平臺界面連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、調(diào)用、顯示及作為輸入輸出的功能。構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺，對識別的載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
關(guān)鍵詞：動態(tài)載荷；人機(jī)界面；載荷譜
I
Mining and mining equipment load recognition platform
Abstract: 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 spectrum
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
1 緒論 1
1.1 課題的提出原因 1
1.2 課題的主要內(nèi)容 1
1.3 課題的構(gòu)思 1
1.4 本人所完成的工作量 1
2 載荷識別平臺搭建 3
2.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)要求 3
2.1.1 軟件界面的人機(jī)交互接口設(shè)計(jì) 3
2.1.2 軟件界面人機(jī)交互的輸入輸出設(shè)計(jì) 3
2.1.3 一致性原則 3
2.1.4 窗口設(shè)計(jì) 3
2.1.5 界面效果 4
2.1.6 反饋信息 4
2.1.7 容錯手段 4
2.2 人機(jī)界面 5
3 建立振動測試信號數(shù)據(jù)庫 6
3.1 系統(tǒng)組成 6
3.2 采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲的實(shí)現(xiàn)方案 6
3.3 軟件設(shè)計(jì) 6
3.3.1 數(shù)字型數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串模塊 6
3.3.2 應(yīng)用LabSQL訪問數(shù)據(jù)庫 7
3.4 通過txt導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫 7
III
3.5 數(shù)據(jù)庫建立的要求 7
3.6 數(shù)據(jù)采集程序 7
4 構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺 9
4.1 編寫雨流計(jì)數(shù)法方法 9
4.1.1 雨流計(jì)數(shù)法簡介 9
4.1.2 程序設(shè)計(jì)流程 10
4.1.3 在程序中的具體實(shí)現(xiàn) 10
4.1.4 結(jié)論 13
5 結(jié)論 15
附錄A 16
人機(jī)交互程序 16
運(yùn)行結(jié)果 19
附錄B 20
雨流計(jì)數(shù)法1 20
雨流計(jì)數(shù)法2 23
運(yùn)行結(jié)果 25
參考文獻(xiàn) 31
致謝 32
IV
1 緒論
1.1 課題的提出原因
動態(tài)載荷識別技術(shù)在重載采掘裝備方面目前處于初始研究階段，由于動態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中還沒有起到作用[1]。
本課題首先需要對動態(tài)載荷識別技術(shù)有所了解，然后根據(jù)載荷識別算法構(gòu)建出載荷識別人機(jī)交互平臺，輸入為振動測試信號，輸出為辨識的載荷。[2]最后根據(jù)載荷特點(diǎn)，應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)法得到載荷譜，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)[3]。
1.2 課題的主要內(nèi)容
（1）了解載荷識別技術(shù)在礦用裝備中的應(yīng)用。
（2）根據(jù)載荷識別算法采用VB或者其他編程語言搭建載荷識別人機(jī)交互平臺，實(shí)現(xiàn)礦用采掘裝備的載荷辨識。
（3）建立振動測試信號數(shù)據(jù)庫，并與上述人機(jī)交互平臺界面連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、調(diào)用、顯示及作為輸入輸出的功能[4]。
（4）構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺，對識別的載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[5]。
1.3 課題的構(gòu)思
（1） 先查閱網(wǎng)上資料
（2） 收集資料
（3） 整理資料
（4） 下載matlab，vc等軟件
（5） 學(xué)習(xí)matlab，vc等軟件
（6） 學(xué)習(xí)window編程
（7) 學(xué)習(xí)matlab gui
（8） 編制人機(jī)界面程序
（9） 學(xué)習(xí)雨流計(jì)數(shù)法
（10）編制雨流計(jì)數(shù)法
1.4 本人所完成的工作量
（1） 載荷識別平臺搭建。
（2） 數(shù)據(jù)庫與平臺的連接。
（3） 載荷譜計(jì)算程序編制。
（4） 外文資料翻譯一篇。
（5） 設(shè)計(jì)說明書一份。
2
2 載荷識別平臺搭建
2.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)要求
2.1.1 軟件界面的人機(jī)交互接口設(shè)計(jì)
軟件與用戶的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)最初要從人機(jī)交互用戶接口入手。用戶接口的形式通常取決于軟件所要針對的用戶類型。不同類型的用戶對軟件系統(tǒng)的形式有不同的習(xí)慣和要求。使用者類型定位和區(qū)分很重要，它直接影響軟件的使用，最終的成功或失敗的形式。人機(jī)交互：用戶界面的下拉菜單菜單，彈出快速菜單和工具欄，菜單，圖標(biāo)菜單是一個非常直觀的用戶界面的形式，易于理解和識別的功能的圖標(biāo)應(yīng)該盡可能根據(jù)公認(rèn)的功能表示。如：采用類似于Office軟件系列中的圖標(biāo)來表示相似的功能。
2.1.2 軟件界面人機(jī)交互的輸入輸出設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)人機(jī)界面是用戶和軟件系統(tǒng)的人機(jī)交互輸入層，全面和成功的，友好的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中的人機(jī)交互，也必須在統(tǒng)一的輸入和輸出接口的綜合分析，從人機(jī)工程學(xué)的角度來分析了軟件系統(tǒng)的用戶提供了一個真正的問題，在規(guī)劃，評估一些常見的容易犯的錯誤。例如，如果使用大量的術(shù)語或縮寫，不了解用戶的需求和用戶的不確定的操作，解決問題有相互矛盾的地方，設(shè)計(jì)風(fēng)格。
2.1.3 一致性原則
一致性的人機(jī)交互界面，主要體現(xiàn)在投入產(chǎn)出效果的交互式輸入輸出系統(tǒng)內(nèi)的一致性是在軟件的具體布局，外觀相似，類似的人機(jī)交互界面，以及類似的信息顯示格式。擴(kuò)大教育也可以在一個平臺上的一致性在軟件應(yīng)用程序之間的一致性，例如在Macintosh平臺下運(yùn)行的軟件界面設(shè)計(jì)，保持高度的一致性，用戶不會花太多時間，你可以在軟件中快速學(xué)習(xí)其它軟件的原理。顯然，連貫原則是有用的用戶熟悉的軟件復(fù)用與軟件過程和記憶的缺陷。
2.1.4 窗口設(shè)計(jì)
屏窗口在屏幕上的設(shè)計(jì)是人機(jī)界面設(shè)計(jì)的一個重要方面是在屏幕上顯示的區(qū)域布局，設(shè)計(jì)，信息的重要性和明晰的科學(xué)安排，使窗口新鮮和大氣。一般，眼睛容易疲勞或不很容易被忽視，往往是區(qū)域提供了重要信息，幫助信息或通常在屏幕的底部。在窗口的空間，應(yīng)該有一個明確的，準(zhǔn)確的安排，布局，個別地方還應(yīng)插入一個空的空間，在特定的元素。好的窗口設(shè)計(jì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)大氣，看起來簡單，意義和強(qiáng)度的知覺，視覺清晰。
2.1.5 界面效果
人機(jī)接口、結(jié)果的具體表現(xiàn)。單調(diào)的黑白文本容易讓用戶快速疲勞，顏色，圖像和其他媒體的光接口可以感染更多且有更多的視覺疲勞；圖形、圖像信息量大的優(yōu)勢。因此，多媒體表示，某些隱喻或操作設(shè)備的用戶和其直接和可見的、逼真的印象，提高軟件系統(tǒng)的可理解性和易記憶的每個用戶圖形，顏色隱喻，愛的味道非常不同的媒體，媒體錯誤的顏色，或能引起強(qiáng)烈的情感起伏，也可能使多媒體起相反的效果，因此，不能濫用。一般的用戶，最好用一個比較溫和的一些媒體，如：色彩柔和，更中立。有時個別的顏色來顯示重要的信息，以吸引顧客注意力的重要區(qū)域?？傊嗝襟w應(yīng)用，可提高傳染性，一個理想的疲勞，界面效果。但也不認(rèn)為這是普便的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，在不同的媒體應(yīng)主要基于文本的效果。因?yàn)橹挥形淖植拍芎啙?，清晰和?zhǔn)確的給用戶傳遞信息......
2.1.6 反饋信息
人機(jī)交互反饋意味著用戶在人機(jī)交互過程中，用戶對軟件系統(tǒng)的信息反饋。對軟件的用戶交互響應(yīng)的評估之前，用戶可以操作，因此人機(jī)界面設(shè)計(jì)從用戶的反饋，如長時間的過程，你應(yīng)該告知用戶必須等待輸入數(shù)據(jù)，則應(yīng)告知用戶數(shù)據(jù)是否正確的一個操作，那么應(yīng)該通知用戶是否操作完成。默認(rèn)的在某些領(lǐng)域，應(yīng)盡量直接指定。用戶輸入相應(yīng)的信息，有無錯誤。如果有錯誤，用戶無法校正，使系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行。為此設(shè)計(jì)時應(yīng)該首先確認(rèn)軟件系統(tǒng)的輸出內(nèi)容，確定物理的輸出需求，設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和測試輸出效果，觀察和聆聽用戶的意見，并迭代式地對輸出的反饋界面進(jìn)行反復(fù)修改。
2.1.7 容錯手段
在互動過程中的誤差是很難避免的，軟件系統(tǒng)應(yīng)該能夠有一個功能，和一個相應(yīng)的錯誤提示或錯誤處理，包括誤差修正錯誤的信息和建議。如果軟件系統(tǒng)提供保護(hù)，防止錯誤的功能和恢復(fù)功能等，是理想的容錯方法，以防止用戶軟件系統(tǒng)的錯誤，造成了嚴(yán)重的破壞或丟失重要信息。在不容易理解位置加上幫助功能，支持用戶快速理解軟件系統(tǒng)對于非熟練用戶，在線聯(lián)機(jī)常常是一個巨大的作用。如果不能有效地幫助用戶發(fā)現(xiàn)錯誤的輸入，將使軟件系統(tǒng)的后續(xù)運(yùn)行變得毫無意義。軟件系統(tǒng)輸入的方法有多種: 鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、話筒、掃描儀等。不同的輸入方法，提供容錯的一個挑戰(zhàn)。在這過程中，我們需要的信息盡可能的簡單，以減少誤差的頻率。例如，減少輸入數(shù)據(jù)。
2.2 人機(jī)界面
人機(jī)界面模塊是載荷測試系統(tǒng)的外在風(fēng)格顯示，主要包括程序啟動和登錄界面，上述模塊的正確鏈接，并能夠給出錯誤提示。
3 建立振動測試信號數(shù)據(jù)庫
3.1 系統(tǒng)組成
數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用程序系統(tǒng)、用戶組成的，具體包括：數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、硬件平臺、軟件平臺、應(yīng)用軟件、應(yīng)用界面。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的7個部分以一定的邏輯層次結(jié)構(gòu)方式組成一個有機(jī)的整體，它們的結(jié)構(gòu)關(guān)系是：應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用開發(fā)工具軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、硬件。例如，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等等。無論是面向內(nèi)部業(yè)務(wù)和管理的管理信息系統(tǒng)，還是面向外部，提供信息服務(wù)的開放式信息系統(tǒng)，從實(shí)現(xiàn)技術(shù)角度而言，都是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)和核心的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[6]。
3.2 采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲的實(shí)現(xiàn)方案
所收集的數(shù)據(jù)存儲測試系統(tǒng)在一個SQL數(shù)據(jù)庫的ADO（activexdataobject）、txt文本或ADO.NET連接數(shù)據(jù)庫。ADO是最廣泛使用的技術(shù)，因?yàn)閃indows操作系統(tǒng)已經(jīng)包含了ADO和ODBC可訪問支持ADO和ODBC數(shù)據(jù)庫，例如，在這將使用到SQL、Foxpro、MicrosoftAccess等[7][8]。
ADO是Microsoft的開放提供了一個數(shù)據(jù)庫的訪問。ADO是通過編程模型實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作。編程模型是訪問和更新數(shù)據(jù)源所必需的操作順序,它概況了ADO的全部功能。數(shù)據(jù)連接（ODBC opendatabaseconnectivity，）是微軟公司開放服務(wù)對數(shù)據(jù)庫架構(gòu)的一部分，提供對SQL ODBC支持工程師直接將SQL語句的數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用程序之間的一個公共接口，應(yīng)用程序通過訪問ODBC數(shù)據(jù)庫，不直接與數(shù)據(jù)庫的通信[ 9 ]。
3.3 軟件設(shè)計(jì)
軟件部分是上述方案的具體實(shí)施，首先要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫的查詢。
3.3.1 數(shù)字型數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串模塊
計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)是在SQL語句的字符串插入，因此，需要首先通過convertfromdynamicdata.vi波形轉(zhuǎn)換成字符形式，框圖程序如圖1所示。
這里用“數(shù)字型數(shù)組”代表波形數(shù)據(jù)經(jīng)ConvertfromDynamicData.vi轉(zhuǎn)換后的數(shù)組 。
圖1?數(shù)字型數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串模塊
由于多通道采集，圖1中的程序?qū)⒈欢啻握{(diào)用VI模塊形式。
3.3.2 應(yīng)用LabSQL訪問數(shù)據(jù)庫
Access數(shù)據(jù)庫的基于LabVIEW的數(shù)據(jù)庫的ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)分組，完全是一個自由和開放源碼的數(shù)據(jù)庫工具，其中包括幾個VI集。應(yīng)用LabSQL將采集數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫,過程如下:
(1) 首先通過ADOConnnectionCreate.vi與ADO建立連接;
(2) 然后通過ADOConnectionOpen.vi打開一個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)連接字符串的決定。
(3) 打開數(shù)據(jù)源后,通過SQLExecutive.vi執(zhí)行SQL語句;
(4) 對數(shù)據(jù)庫操作已完成最后的ADOCon2nectionClose.vi關(guān)閉Connection。
3.4 通過txt導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫
（1） 先用FileInputStream或FileReader將txt文本中的內(nèi)容讀出來。
（2） 再將這些內(nèi)容放到一個字符串中。
（3） 打開數(shù)據(jù)庫，用普通字段或Blob字段將字符串寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫。
3.5 數(shù)據(jù)庫建立的要求
利用測試系統(tǒng)測試工程越來越測試復(fù)雜，工程測試系統(tǒng)的要求越來越高，不僅具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理能力，還需要龐大的數(shù)據(jù)管理能力，在試驗(yàn)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，成為不可缺少的一部分。
3.6 數(shù)據(jù)采集程序
數(shù)據(jù)采集程序主要是和ADAM551.以及NI6023E通信正常后，根據(jù)采集模塊的要求來實(shí)現(xiàn)具體采集功能的程序[10]。
由于采集了大量的數(shù)據(jù)，需要一個數(shù)據(jù)庫來管理這些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫管理和MATLAB的接口程序，數(shù)據(jù)庫提出了要求，特別是滿足以下功能模塊：
（1） 提供SQLserver2000和matlab鏈接的接口功能；
（2） 能夠在形成俘獲矩陣人工判斷數(shù)據(jù)足夠后，matlab程序可以和數(shù)據(jù)庫程序正常鏈接，能夠自動把采集到的程序加入到數(shù)據(jù)庫中區(qū)；
（3） 可以正常查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，訪問，刪除。
4 構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺
4.1 編寫雨流計(jì)數(shù)法方法
4.1.1 雨流計(jì)數(shù)法簡介
雨流計(jì)數(shù)法又可稱為“塔頂法”,是由英國的M a t2su isk i 和 E ndo 兩位工程師提出的, 距今已有 50 多年。雨流計(jì)數(shù)的主要技術(shù)界，尤其是廣泛用于計(jì)算疲勞壽命[11]。
特別是在50年前的手工計(jì)算，人工計(jì)算的只是一些相對簡單的（數(shù)據(jù)量不大）數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)手冊，更多的問題不太容易。隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，這些瑣碎的速度加快，從而簡化計(jì)算[12]。
該方法的突出特點(diǎn)是根據(jù)研究的應(yīng)變之間的線性關(guān)系的時間計(jì)數(shù)的樣本，即通過雨流計(jì)數(shù)法的一系列運(yùn)輸記錄[13]。
雨流計(jì)數(shù)法有下列規(guī)則：
1） 雨水流入的出發(fā)點(diǎn)和檢驗(yàn)記錄在每個內(nèi)部邊緣最大，1，2，3，……其他的頂部開始。
圖 1 雨流計(jì)數(shù)法
2） 流量峰值（即頂板垂直向下滴流直接對面有一個在啟動時的最大值或最小值（或最大值）更正的負(fù)面迄今最?。14]。
3） 當(dāng)雨水遇見屋頂上流動的雨時,當(dāng)雨停止流動，形成一個循環(huán)。
4） 根據(jù)雨滴流動的起點(diǎn)和終點(diǎn)，畫出各個循環(huán)，將所有循環(huán)逐一取出，并記錄其峰谷值[15]。
5） 雨水流入每個水平周期長度的振幅[16]。
通過雨流計(jì)數(shù)，特別是峰谷值檢測和無效幅值去除后負(fù)荷周期的離散形式的數(shù)據(jù)在我們的電腦上完成每一步都需要編寫程序[17]。
上述過程可用程序來實(shí)現(xiàn)其流程圖
圖2 流程圖
4.1.2 程序設(shè)計(jì)流程
該程序設(shè)計(jì)方案分為人機(jī)界面的顯示、載荷譜的輸入、載荷譜的輸出，雨流計(jì)數(shù)編寫幾個模塊來實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的主要編制流程。
圖3程序流程
4.1.3 在程序中的具體實(shí)現(xiàn)
雨流計(jì)數(shù)方法的實(shí)現(xiàn)方案，數(shù)據(jù)壓縮和獲得循環(huán)數(shù)兩個步驟。
數(shù)據(jù)壓縮是容易計(jì)數(shù)循環(huán)數(shù)據(jù)陣列包括峰谷值檢測和無效幅值去除。
1） 數(shù)據(jù)壓縮的峰、谷值是數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括峰谷值是為下一步數(shù)據(jù)處理陣列。在這個過程中，首先應(yīng)壓縮相鄰的同等數(shù)（保留一個值，然后繼續(xù)），提取峰谷值和在一個陣列E（n），一個數(shù)組F（n），i和j兩個數(shù)組的元素。在同等數(shù)值的按鈕（如圖2），相鄰的菱形框架條件之前和之后的判斷是否是不相同的兩個元素，如果這些數(shù)量是真正的值則保留，否則另一個數(shù)字決定，直到最后一個數(shù)字，這個數(shù)字。在峰谷值檢測（見圖3），判斷條件是不相鄰的數(shù)字大于零（即是否同號），如果真值表示E（i）兩側(cè)同時更多（或更少），而數(shù)E（i）是高峰和低谷；否則繼續(xù)。
圖 4 壓縮等值點(diǎn)
2） 無效幅值去除就是將幅值很小的點(diǎn)去除。因?yàn)樵诤芏嗟钠趬勖?，這些小振幅振幅循環(huán)的物理模型刪除無效數(shù)據(jù)，可以有很多的類型和研究后循環(huán)小波的選擇。這里取用變程閥值公式:變程閥值= (最大值- 最小值) *△%
圖 5 檢測峰谷值
閾值是小的周期陣列的壓縮過濾器是可以忽略的, $ 是閥值的精度, 根據(jù)給定的精度，確定類型和數(shù)組處理的精度。
無效幅值去除在程序?qū)崿F(xiàn)時，只需要一個判斷。當(dāng)我反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在評估（例如，一個循環(huán)結(jié)束的雨流）是最合適的。
循環(huán)的數(shù)目通常是雨流計(jì)數(shù)，在對接和第二雨流計(jì)數(shù)的不同波形的三個步驟，根據(jù)不同的情況來決定, 例如: 高均值偏態(tài)波形只要一次雨流計(jì)數(shù)便可以完成。
1) 一次雨流計(jì)數(shù)是從壓縮數(shù)據(jù)中提取的記錄周期，特征值，如最大振幅，等。我用雨流計(jì)數(shù)，以個人的理解總總結(jié)的一些規(guī)律，為“四點(diǎn)法”的程序，并且實(shí)現(xiàn)起來也較容易。如圖 4 所示, 在數(shù)組中有許多形式但也只有這兩種, 如果a大于或等于b，b < c（圖像可以在一個周期的三角部分）， 同時去除 E [ i ] 和 E [ i- 1 ] 兩點(diǎn), 否則記錄E[ i ]在判斷這一點(diǎn)。這該陣列可以被刪除，所有的循環(huán)和反復(fù)記錄的判斷點(diǎn)。適用于不同情況下，在四個方面， 以確保準(zhǔn)確的周期，使可靠性大大增加。見圖 5 具體實(shí)施循環(huán)圖。圖5中, 圖C = 0和C = B的開始，這是一個小的優(yōu)化，“四點(diǎn)法”實(shí)際上只用了三個點(diǎn)，使一個計(jì)算的序列u（i - 1），e（i）作為這次?e（i - 1））e（i 2）序列；周期S1，不論他們是在圖5中的一個標(biāo)志，S1，以確定是否一個零，如果是零，則完成一次雨流計(jì)數(shù)循環(huán)，否則繼續(xù)執(zhí)行流程。s 是記錄雨流計(jì)數(shù)提取循環(huán)的總個數(shù)。
圖 6 循環(huán)的判斷
圖 7 提取循環(huán)流程圖
2） 對接（也稱為波形關(guān)閉）是循環(huán)計(jì)數(shù)分配必要的方法，主要是對選擇的波形進(jìn)行簡化。
一次雨流計(jì)數(shù)的其余各點(diǎn)的波形是一個標(biāo)準(zhǔn)的收斂-發(fā)散, 雨流計(jì)數(shù)后通常不再形成整個周期中，只有最大或最?。榻?cái)帱c(diǎn)重新對接，可能不會正好封閉, 根據(jù)不同的波完成。一類高平均曲率波, 可以根據(jù)研究的特點(diǎn)和目標(biāo)，加上之前和之后的數(shù)組的值, 例如：研究礦用設(shè)備，加載后的載荷譜時, 可在前后加一個零點(diǎn); 另一種對于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)散2收斂發(fā)散谷, 取其中的最大和最小值, 其余兩點(diǎn)去掉, 這樣出現(xiàn)的誤差與實(shí)際相差特別小。在實(shí)現(xiàn)的過程中, 只有一個選擇是用在這里, 是加一零點(diǎn)還是取得最值, 然后重新整理一下數(shù)組了。對接在程序里實(shí)現(xiàn)就是將數(shù)組從截開的地方分為兩部分, 將兩部分被交換之前和之后。
3） 二次雨流計(jì)數(shù)是將已經(jīng)完成的對接的波形繼續(xù)提取循環(huán)，直到只有三個點(diǎn)(即從目前的值是一個數(shù)組的整個循環(huán))。程序中實(shí)現(xiàn)也很簡單, 只需連接到一個數(shù)組中的雨流計(jì)數(shù)。
4.1.4 結(jié)論
1） 根據(jù)該方法，程序簡單明了, 并且確保了程序的可靠性。
2） 可以用各種語言來編程，實(shí)現(xiàn)起來都很簡單。在具體的應(yīng)用中根據(jù)需要取用各個步驟。
5 結(jié)論
由于動態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，通過對人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和對機(jī)械零件的隨機(jī)載荷進(jìn)行了研究，分析了雨流計(jì)數(shù)法這一統(tǒng)計(jì)方法，編制了人機(jī)交互程序和雨流計(jì)數(shù)法程序，最后應(yīng)用matlab gui編制了人機(jī)交互界面和計(jì)算機(jī)自動繪制載荷譜，
這樣可以通過對動態(tài)載荷測量，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
附 錄A
人機(jī)交互程序
function varargout = untitled(varargin)
% UNTITLED M-file for untitled.fig
% UNTITLED, by itself, creates a new UNTITLED or raises the existing
% singleton*.
%
% H = UNTITLED returns the handle to a new UNTITLED or the handle to
% the existing singleton*.
%
% UNTITLED('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local
% function named CALLBACK in UNTITLED.M with the given input arguments.
%
% UNTITLED('Property','Value',...) creates a new UNTITLED or raises the
% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are
% applied to the GUI before untitled_OpeningFunction gets called. An
% unrecognized property name or invalid value makes property application
% stop. All inputs are passed to untitled_OpeningFcn via varargin.
%
% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one
% instance to run (singleton)".
%
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES
% Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc.
% Edit the above text to modify the response to help untitled
% Last Modified by GUIDE v2.5 19-May-2016 20:52:47
% Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @untitled_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @untitled_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [] , ...
'gui_Callback', []);
if nargin && ischar(varargin{1})
gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end
if nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
end
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before untitled is made visible.
function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn.
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to untitled (see VARARGIN)
% Choose default command line output for untitled
handles.output = hObject;
% Update handles structure
guidata(hObject, handles);
% UIWAIT makes untitled wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.
function varargout = untitled_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Get default command line output from handles structure
varargout{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in pushbutton1.
function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% --- Executes on button press in pushbutton2.
function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton2 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
運(yùn)行結(jié)果
圖1運(yùn)行結(jié)果
附 錄B
雨流計(jì)數(shù)法1
function rfdemo1(ext)
% function rfdemo1(ext)
%
% RFDEMO1 shows cycles extracted from signal
% using rainflow algoritm.
%
% INPUT: ext - option, number or vectors with turning
% points or pure signal. Default ext=16.
%
% OUTPUT: no enable.
%
% SYNTAX:
% >>rfdemo1
% >>rfdemo1(10)
% >>rfdemo1([2 3 2 4 2 5 1 6])
%
%
% By Adam Nies硂ny
% ajn@po.opole.pl
error(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);
end
a=rainflow(ext,1);
[m n]=size(a);
if n>100,
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.')
end
end
col='ymcrgb';
plot(0:length(ext)-1,ext,'k.:')
hold on
wyk=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),cos(pi+wyk.*pi)*a(1,c)+a(2,c),col(colnr))
text(a(4,c),a(2,c)-a(1,c),[int2str(c) '. Half-cycle, up'],...
'Color',col(colnr),'VerticalAlignment','top')
end
end
end
xlabel('peaks, counted from 0')
ylabel('value')
title('Rainflow cycles extracted from signal')
legend('peaks from signal',0)
hold off
disp('Row 1: amplitude')
disp('Row 2: mean')
disp('Row 3: number of cycles (cycle or half cycle)')
disp('Row 4: begin time of extracted cycle or half cycle')
disp('Row 5: period of a cycle')
disp(a)
雨流計(jì)數(shù)法2
function rfdemo2(ext)
% function rfdemo2(ext)
%
% RFDEMO1 shows cycles extracted from signal
% using rainflow algoritm. Good for very long
% time signals (100 000 points).
%
% INPUT: ext - option; number, vector with turning
% points or pure signal. Default ext=10000.
%
% OUTPUT: no enable.
%
% SYNTAX:
% >>rfdemo2
% >>rfdemo2(50000)
% >>rfdemo2(my_time_signal)
% By Adam Nies硂ny
% ajn@po.opole.pl
error(nargchk(0,1,nargin))
if nargin==0,
% turning points from 10000 random numbers
ext=sig2ext(randn(10000,1));
elseif length(ext(:))==1,
% turning points from n random numbers
ext=sig2ext(randn(1,ext));
else
% turning points from vector ext
ext=sig2ext(ext);
end
ext=sig2ext(ext);
rf=rainflow(ext);
figure, rfhist(rf,30,'ampl')
figure, rfhist(rf,30,'mean')
figure, rfmatrix(rf,30,30)
運(yùn)行結(jié)果
圖 1 運(yùn)行結(jié)果1
圖 2 運(yùn)行結(jié)果2
圖 3 運(yùn)行結(jié)果3
圖4運(yùn)行結(jié)果4
圖 5 運(yùn)行結(jié)果5
圖 6 運(yùn)行結(jié)果6
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 陳大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.
[2] 吳子燕，簡曉紅，張彬，閆云聚.振動測試中多目標(biāo)傳感器優(yōu)化配置研究?[J].?機(jī)械強(qiáng)
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