轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统

专利名称：轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210727303.8

专利申请（专利权）人：广州港集团有限公司,广州港股份有限公司,广州港股份有限公司南沙集装箱码头分公司,北京泛泰克斯仪器有限公司
权利人地址：广东省广州市越秀区沿江东路406号港口中心

专利发明（设计）人：肖炳林,庞颖威,容梓豪,王运,赵伟龙,黄卞传,郭晓飞,叶子豪,周雄

专利摘要：本发明公开了一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，包括：S1,通过加速度‑应力算法计算出车轮的平均应力结果并将该平均应力结果以载荷谱形式记录；S2,通过数据库预存的S‑N曲线和于S1获得的载荷谱以预测车轮剩余寿命。本发明又公开了一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统，包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和计算服务装置；所述计算服务装置包括：监测数据获取模块、加速度‑应力分析模块、寿命预测模块和图文显示输出模块。本发明能精准地预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的疲劳寿命，而且还避免采用复杂的传感器系统，降低了设备损坏的风险以及设备成本。

主权利要求：
1.一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，应用于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统上，该车轮寿命预测系统包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置，该车轮寿命预测方法包括以下步骤S1‑S2：S1,所述计算服务装置通过一加速度‑应力算法计算出车轮的平均应力结果并将该平均应力结果以载荷谱形式记录；
S2,所述计算服务装置通过一数据库预存的S‑N曲线和于S1获得的载荷谱以预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮剩余寿命；
于S1之前还包括以下步骤S100‑S400：
S100,所述计算服务装置通过有限元分析软件计算得到的加速度a和应力σ，将该加速度a和应力σ带入到一最大主应力公式中，得到不同裂缝深度下各测试点处的主应力；
S200,所述计算服务装置通过一平均应力和振动加速度平均能量公式，得出不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力和振动加速度平均能量，并绘制出平均应力曲线以及振动加速度平均能量曲线；
S300,所述计算服务装置通过平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式；
S400,所述计算服务装置通过振动加速度平均能量计算测点处的平均应力值；
于S100中，所述计算服务装置分别对小车机构车轮上的不同裂缝深度(h1,h2,…,hn)进行有限元仿真，得到不同裂缝深度下的加速度[ah11,ah1n]…[ahn1,ahnn]以及应力[σh11,σh1n]…[σhn1,σhnn]；
所述轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构为小车机构车轮传动轴附近的变速箱；
所述计算服务装置通过显示器将轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的加速度状态、应力状态、载荷谱历史数据和/或预测寿命的结果显示给用户；
S1所述的加速度‑应力算法的计算公式如下：
σ＝aEm+b(3)
公式(3)中：σ为所求部位的平均应力；Em为不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量；a,b：为加速度应力系数；根据平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式，并得出a,b的值；
于S100中，所述的最大主应力计算公式如下：
公式(4)中：σ1为最大主应力，(h1,h2,…,hn)为不同的裂缝深度，E为弹性模量，E＝2.1×
11
10 ；μ为泊松比，μ＝0.3；εa,εb,εc为通过应变法测得(h1,h2,…,hn)不同裂缝深度的应变；
于S300中，所述的平均应力与振动加速度平均能量的对应关系如下：公式(7)中：Fi为小车机构车轮第i点所受的合力；mi为车轮质量；为车轮运行时的振动加速度；ri为车轮沿某一方向行进相对于初始时刻的位置矢量；为车轮沿某一方向行进的速度； 为对ri进行微分。
2.根据权利要求1所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，该车轮寿命预测方法还包括以下步骤：S3，计算服务装置通过内部设置的名义应力法对车轮剩余寿命进行校核，从而获得精确的车轮剩余寿命。
3.根据权利要求2所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，所述名义应力法包括以下步骤：S31,以小车机构车轮材料的S‑N曲线为基础；
S32,对照结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤积累理论，以校核疲劳寿命。
4.根据权利要求3所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，所述名义应力的计算公式如下：公式(1)中，Sa为名义应力；σa为应力；Kf为疲劳缺口系数；ε为裂缝尺寸系数；β为表面质量系数；CL为加载方式。
5.根据权利要求3所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，于所述疲劳损伤积累理论中，测试工作循环下的累积损伤度的计算公式如下：公式(2)中，D为总损伤；ni为载荷水平i下的循环数；Ni为载荷水平作用下的疲劳寿命。
6.根据权利要求1所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，于S200中，在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力的计算公式如下：公式(5)中：σm为在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力；σ1,i为不同裂缝深度下的测点处主应力；N为不同裂缝深度下的一定时间段内的应力个数。
7.根据权利要求1所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，其特征在于，于S200中，在不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量Ea的计算公式如下：公式(6)中：Ea为不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量；m为不同裂缝深度下的一定时间段内的加速度个数； 为振动加速度能量。
8.一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统，其特征在于，应用如权利要求1‑7任一项所述的轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，该车轮寿命预测系统包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置；所述计算服务装置包括：监测数据获取模块，用于获取振动加速度传感器采集的振动加速度数据；
加速度‑应力分析模块，用于通过监测数据获取模块获得的振动加速度数据计算出应力值，得出载荷谱；
寿命预测模块，用于通过S‑N曲线结合加速度‑应力分析模块获得载荷谱以及名义应力法，精确地估算出轨道式集装箱起重机小车机构的车轮疲劳寿命；图文显示输出模块，用于将寿命预测模块的计算结果和/或分析结果采用图/文显示方式输出至屏幕。 说明书 : 轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统技术领域[0001] 本发明涉及港口重型运输设备技术领域，具体涉及一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统。背景技术[0002] 轨道式集装箱起重机小车机构的车轮在工作一段时间后，由于小车机构的自身重量及集装箱的重量均由车轮承担，因此在车轮踏面的附近存在较大的交变应力，容易出现踏面剥离、车轮失圆等问题。当小车机构的车轮上出现踏面剥离、车轮失圆时，若不及时处理，不仅踏面的剥离和车轮失圆的现象会逐渐加重，还会对车轮结构造成疲劳破坏。传统的人工巡检方式无法立刻发现这种疲劳破坏，而且人力成本高。如果在车轮上部署健康监测系统，则具有难安装、难维护和难捕捉的缺点，也无法实现对轨道式集装箱起重机上小车机构的车轮的寿命预测。在目前的轨道式集装箱起重机的寿命预测系统中，绝大多数情况是采用钢结构寿命预测的方式，基本不会考虑小车机构的车轮寿命。在极少数情况下才会考虑使用对小车机构结构车轮寿命进行检测的设备，但是此类设备都极为复杂，需要将各种类型传感器布满在小车机构车轮上，这样会严重影响到小车机构车轮的正常行驶以及监测数据的准确性。在现有技术中，大量的传感器(应力传感器、应变传感器、加速度传感器等)在使用过程中，需要多个数据端口和光纤相互对接，也需要多个信号采集器作为上级设备连接到对应的传感器，此外，传感器和信号采集器使用过程中容易受到外界因素(风、雨、灰尘、电磁干扰等)的影响，造成数据失真。发明内容[0003] 有鉴于此，为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法和系统，仅通过振动加速度传感器监测的数据便能够及时跟踪轨道式集装箱起重机小车机构的车轮健康状态，为精准地预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的疲劳寿命提供了依据，而且还避免了采用复杂的传感器系统，降低了设备损坏的风险以及设备成本。[0004] 本发明通过以下技术手段解决上述问题：[0005] 一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，应用于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统上，该车轮寿命预测系统包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置，该车轮寿命预测方法包括以下步骤：[0006] S1,所述计算服务装置通过一加速度‑应力算法计算出车轮的平均应力结果并将该平均应力结果以载荷谱形式记录；[0007] S2,所述计算服务装置通过一数据库预存的S‑N曲线和于S1获得的载荷谱以预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮剩余寿命。[0008] 进一步地，所述轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构为小车机构车轮传动轴附近的变速箱。[0009] 进一步地，所述计算服务装置通过显示器将轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的加速度状态、应力状态、载荷谱历史数据和/或预测寿命的结果显示给用户。[0010] 进一步地，该车轮寿命预测方法还包括以下步骤：[0011] S3，计算服务装置通过内部设置的名义应力法对车轮剩余寿命进行校核，获得最为精确的车轮剩余寿命。[0012] 进一步地，所述名义应力法包括以下步骤：[0013] S31,以小车机构车轮材料的S‑N曲线为基础；[0014] S32,对照结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤积累理论，以校核疲劳寿命。[0015] 进一步地，所述名义应力的计算公式如下：[0016][0017] 公式(1)中，Sa为名义应力；σa为应力；Kf为疲劳缺口系数；ε为裂缝尺寸系数；β为表面质量系数；CL为加载方式。[0018] 进一步地，于所述疲劳损伤积累理论中，测试工作循环下的累积损伤度的计算公式如下：[0019][0020] 公式(2)中，D为总损伤；ni为载荷水平i下的循环数；Ni为载荷水平作用下的疲劳寿命。[0021] 进一步地，S1所述的加速度‑应力算法的计算公式如下：[0022] σ＝aEm+b(3)[0023] 公式(3)中：σ为所求部位的平均应力；Em为不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量；a,b：为加速度应力系数；根据平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式，并得出a,b的值。[0024] 进一步地，如图4所示，于S1之前还包括以下步骤：[0025] S100,所述计算服务装置通过有限元分析软件计算得到的加速度a和应力σ，将该加速度a和应力σ带入到一最大主应力公式中，得到不同裂缝深度下各测试点处的主应力；[0026] S200,所述计算服务装置通过一平均应力和振动加速度平均能量公式，得出不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力和振动加速度平均能量，并绘制出平均应力曲线以及振动加速度平均能量曲线；[0027] S300,所述计算服务装置通过平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式；[0028] S400,所述计算服务装置通过振动加速度平均能量计算测点处的平均应力值。[0029] 进一步地，于S100中，所述计算服务装置分别对小车机构车轮上的不同裂缝深度(h1,h2,...,hn)进行有限元仿真，得到不同裂缝深度下的加速度[ah11,ah1n]…[ahn1,ahnn]以及应力[σh11,σh1n]…[σhn1,σhnn]。[0030] 进一步地，于S100中，所述的最大主应力计算公式如下：[0031][0032] 公式(4)中：σ1为最大主应力，(h1,h2,…,hn)为不同的裂缝深度，E为弹性模量，E＝112.1×10 ；μ为泊松比，μ＝0.3；εa,εb,εc为通过应变法测得(h1,h2,...,hn)不同裂缝深度的应变。[0033] 进一步地，于S200中，在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力的计算公式如下：[0034][0035] 公式(5)中：σm为在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力；σ1,i为不同裂缝深度下的测点处主应力；N为不同裂缝深度下的一定时间段内的应力个数。[0036] 进一步地，于S200中，在不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量Ea的计算公式如下：[0037][0038] 公式(6)中：Ea：不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量；m为不同裂缝深度下的一定时间段内的加速度个数； 为振动加速度能量。[0039] 进一步地，于S300中，所述的平均应力与振动加速度平均能量的对应关系如下：[0040][0041] 公式(7)中：Fi为小车机构车轮第i点所受的合力；mi为车轮质量；为车轮运行时的振动加速度；ri为车轮沿某一方向行进相对于初始时刻的位置矢量；为车轮沿某一方向行进的速度； 为对ri进行微分。[0042] 本发明又提出了一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统，包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置；所述计算服务装置包括：[0043] 监测数据获取模块，用于获取振动加速度传感器采集的振动加速度数据；[0044] 加速度‑应力分析模块，用于通过监测数据获取模块获得的振动加速度数据计算出应力值，得出载荷谱；[0045] 寿命预测模块，用于通过S‑N曲线结合加速度‑应力分析模块获得载荷谱以及名义应力法，精确地估算出轨道式集装箱起重机小车机构的车轮疲劳寿命；[0046] 图文显示输出模块，用于将寿命预测模块的计算结果和/或分析结果采用图/文显示方式输出至屏幕。[0047] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：[0048] 本发明对轨道式集装箱起重机小车机构车轮进行健康监测，将数据获取、数据传递、数据处理与分析判断、寿命预测等多个功能集为一体，该系统内部设置一套加速度‑应力算法，解决了数据获取过程中只能获取振动加速度而无法监测到应力的计算问题；[0049] 本发明通过在线监测获取数据与处理数据，通过加速度‑应力算法，建立轨道式集装箱起重机上小车机构机构的车轮的载荷谱，实现对轨道式集装箱起重机上小车机构机构的车轮的寿命预测；[0050] 本发明仅通过振动加速度传感器监测的数据便能满足实际寿命预测需求，能够及时跟踪轨道式集装箱起重机小车机构的车轮健康状态，为预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮疲劳寿命提供依据，为系统的监测设备提供了便利；[0051] 本发明摒弃应用多个应力传感器和应变传感器的技术方案，无需在小车机构车轮上布置各种类型的传感器，只需要在车轮附近变数箱上布置一个加速度传感器即可，而且振动加速度传感器的体积很小，不影响小车机构的正常作业，将大幅度地减小设备购置成本、维护成本和人工成本。[0052] 本发明除了振动加速度传感器直接暴露在使用环境中，其他部件都有良好的防水、防尘、防静电等保护措施，基本不需要后期维护。附图说明[0053] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0054] 图1是本发明一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统的结构示意图；[0055] 图2是本发明一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法的控制流程图；[0056] 图3是本发明涉及的名义应力法的流程原理图；[0057] 图4是本发明涉及的加速度‑应力算法的流程原理图；[0058] 图5本发明涉及的车轮裂缝的示意图。具体实施方式[0059] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0060] 需要理解的是，术语“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0061] 术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。[0062] 实施例[0063] 如图2所示，一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测方法，应用于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统上，该车轮寿命预测系统包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置，该车轮寿命预测方法包括以下步骤：[0064] S1,所述计算服务装置通过一加速度‑应力算法计算出车轮的平均应力结果并将该平均应力结果以载荷谱形式记录；[0065] S2,所述计算服务装置通过一数据库预存的S‑N曲线和于S1获得的载荷谱以预测轨道式集装箱起重机小车机构的车轮剩余寿命。[0066] 图1‑图2所示：[0067] 具体地，所述计算服务装置为远端服务器，与所述振动加速度传感器进行通信；所述振动加速度传感器与所述计算服务装置之间连接有通信信号采集器和信号传输设备，振动加速度传感器、通信信号采集器、信号传输设备、所述计算服务装置依次连接；振动加速度传感器安装在小车机构车轮传动轴附近的变速箱上，通过光纤(或导线)将振动加速度传感器监测的光信号(或电信号)传递到驱动电机上的信号采集器中，信号采集器将光信号(或电信号)转换为数字信号，并通过光纤(或导线)和TPC/IP端口将数字信号传递到安装在驱动电机另一端的网络传输设备中，网络传输设备与机房内的远端服务器由光纤远程连接，并通过有限网络实时传输数据到远端服务器；采集器和信号传输设备安装在小车机构上，数据服务器、显示器安装在起重机的控制机房，安装及调试均为方便。[0068] 具体地，加速度‑应力算法能够直接将振动加速度传感器监测到的振动加速度数据转化为平均应力，为整个监测装置提供了极大的便利，减少了不必要的监测设备。[0069] 进一步地，所述轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构为小车机构车轮传动轴附近的变速箱。[0070] 进一步地，所述计算服务装置通过显示器将轨道式集装箱起重机小车机构的车轮的加速度状态、应力状态、载荷谱历史数据和/或预测寿命的结果显示给用户；[0071] 具体地，显示器采用图形显示方法，十分具体直观，自动化程度高，提高了轨道式集装箱起重机小车机构车轮维护的便捷程度。[0072] 进一步地，该车轮寿命预测方法还包括以下步骤：[0073] S3，计算服务装置通过内部设置的名义应力法对车轮剩余寿命进行校核，获得最为精确的车轮剩余寿命。[0074] 进一步地，如图3所示，所述名义应力法包括以下步骤：[0075] S31,以小车机构车轮材料的S‑N曲线为基础；[0076] S32,对照结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力，结合疲劳损伤积累理论，以校核疲劳寿命。[0077] 进一步地，所述名义应力的计算公式如下：[0078][0079] 公式(1)中，Sa为名义应力；σa为应力；Kf为疲劳缺口系数；ε为裂缝尺寸系数；β为表面质量系数；CL为加载方式。[0080] 进一步地，于所述疲劳损伤积累理论中，测试工作循环下的累积损伤度的计算公式如下：[0081][0082] 公式(2)中，D为总损伤；ni为载荷水平i下的循环数；Ni为载荷水平作用下的疲劳寿命。[0083] 进一步地，S1所述的加速度‑应力算法的计算公式如下：[0084] σ＝aEm+b(3)[0085] 公式(3)中：σ为所求部位的平均应力；Em为不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量；a,b：为加速度应力系数；根据平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式，并得出a,b的值。[0086] 进一步地，如图2、图4所示，于S1之前还包括以下步骤：[0087] S100,所述计算服务装置通过有限元分析软件计算得到的加速度a和应力σ，将该加速度a和应力σ带入到一最大主应力公式中，得到不同裂缝深度下各测试点处的主应力；[0088] S200,所述计算服务装置通过一平均应力和振动加速度平均能量公式，得出不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力和振动加速度平均能量，并绘制出平均应力曲线以及振动加速度平均能量曲线；[0089] S300,所述计算服务装置通过平均应力与振动加速度平均能量的对应关系，利用最小二乘法得到拟合曲线，由拟合曲线得到平均应力与振动加速度平均能量的关系表达式；[0090] S400,所述计算服务装置通过振动加速度平均能量计算测点处的平均应力值。[0091] 进一步地，于S100中，所述计算服务装置分别对小车机构车轮上的不同裂缝深度(h1,h2,…,hn)进行有限元仿真，得到不同裂缝深度下的加速度[ah11,ah1n]…[ahn1,ahnn]以及应力[σh11,σh1n]…[σhn1,σhnn]。[0092] 具体地，本实施例采用有限元软件对小车机构车轮等比例建模，小车机构车轮有限元模型状态参数、结构参数以及运行参数与现实车轮保持一致，使用有限元软件对小车机构车轮上不同深度的裂缝进行有限元仿真模拟研究，得到加速度与应力的关系。[0093] 进一步地，于S100中，所述的最大主应力计算公式如下：[0094][0095] 公式(4)中：σ1为最大主应力，(h1,h2,...,hn)为不同的裂缝深度，E为弹性模量，E11＝2.1×10 ；μ为泊松比，μ＝0.3；εa,εb,εc为通过应变法测得(h1,h2,...,hn)不同裂缝深度的应变。[0096] 进一步地，于S200中，在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力的计算公式如下：[0097][0098] 公式(5)中：σm为在不同裂缝深度下的一定时间段内的平均应力；σ1,i为不同裂缝深度下的测点处主应力；N为不同裂缝深度下的一定时间段内的应力个数。[0099] 进一步地，于S200中，在不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量Ea的计算公式如下：[0100][0101] 公式(6)中：Ea为不同裂缝深度下的一定时间段内的振动加速度平均能量；m为不同裂缝深度下的一定时间段内的加速度个数； 为振动加速度能量。[0102] 进一步地，于S300中，所述的平均应力与振动加速度平均能量的对应关系如下：[0103][0104] 公式(7)中：Fi为小车机构车轮第i点所受的合力；mi为车轮质量；为车轮运行时的振动加速度；ri为车轮沿某一方向行进相对于初始时刻的位置矢量；为车轮沿某一方向行进的速度； 为对ri进行微分。[0105] 具体地，如图5所示，由于小车机构车轮裂缝越大，承受的应力越大，反映在振动响应的加速度能量就越大；通过计算不同裂缝深度下，在一定时间段内的平均应力与加速度平均能量，建立平均应力与加速度平均能量的对应关系，最终可通过加速度能量揭示出小车机构车轮应力的变化规律；[0106] 小车机构车轮所受合力与加速度的关系，由牛顿定律可知：[0107][0108] 公式(8)中：Fi为第i点的合力；mi为质量；为加速度；[0109] 由上式可得到经典力学中已熟知的系统的动能定理，作用于小车机构车轮的力在位形空间的累积作用使系统的动能发生了改变，即为上述公式(7)。[0110] 如图1所示，一种轨道式集装箱起重机小车机构的车轮寿命预测系统，包括安装于轨道式集装箱起重机小车机构的车轮传动机构的振动加速度传感器和获取所述振动加速度传感器的传感信息的计算服务装置；所述计算服务装置包括：[0111] 监测数据获取模块，用于获取振动加速度传感器采集的振动加速度数据；[0112] 加速度‑应力分析模块，用于通过监测数据获取模块获得的振动加速度数据计算出应力值，得出载荷谱；[0113] 寿命预测模块，用于通过S‑N曲线结合加速度‑应力分析模块获得载荷谱以及名义应力法，精确地估算出轨道式集装箱起重机小车机构的车轮疲劳寿命；[0114] 图文显示输出模块，用于将寿命预测模块的计算结果和/或分析结果采用图/文显示方式输出至屏幕。[0115] 具体地，加速度‑应力算法储存于远端服务器中，以Windows或Linux为操作系统，Python为计算框架。加速度‑应力算法将小车机构车轮的振动加速度转换为应力值，再由寿命预测模块根据加速度‑应力算法转换的应力值预测小车机构车轮的寿命。加速度‑应力算法的特点是摒弃了应力传感器和应变传感器，仅使用振动加速度传感器监测小车机构车轮的运行数据，并且仅根据监测到的小车机构车轮的振动加速度数据计算出相应的应力，从而制作出时间‑应力表。[0116] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

专利地区：广东

专利申请日期：2022-06-24

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN115270544B