基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及起重設備技術(shù)領域，尤其涉及一種基于聚類分析橋架類起重機整機載 荷譜編制方法，它適用于通用橋式起重機主梁整機載荷譜的編制，為該類起重機的壽命評 估提供依據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 橋式起重機廣泛運用于港口碼頭、工礦企業(yè)、鐵路交通、農(nóng)場林區(qū)、物流周轉(zhuǎn)、鋼鐵 化工等部門和場所，是人類生產(chǎn)活動中不可缺少的起重設備。經(jīng)相關(guān)部門統(tǒng)計，起重設備事 故在我國所發(fā)生的機械工傷事故中，約占15%。為保證人民的生命、財產(chǎn)安全，國家已將起 重機械納入法定監(jiān)督管理和檢驗檢測的重大技術(shù)裝備之列。
[0003] 為確保長期無故障使用起重機，或能更有效發(fā)揮起重機的能力，均需掌握起重機 金屬結(jié)構(gòu)剩余壽命，及其影響起重機金屬結(jié)構(gòu)剩余壽命及其可靠性的有關(guān)信息，確保預期 的安全性。實現(xiàn)起重機金屬結(jié)構(gòu)疲勞剩余壽命評估和可靠性分析的關(guān)鍵問題之一就是掌握 起重機的整機載荷譜。
[0004] 國外許多起重設備生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)規(guī)格書中提供了整機載荷譜。國內(nèi)針對起重機 整機載荷譜編制方法研宄的文獻很少，尚無標準可依，國內(nèi)的起重機生產(chǎn)企業(yè)也未能提供 整機載荷譜，整機載荷譜是起重機金屬結(jié)構(gòu)設計、使用、管理等環(huán)節(jié)進行疲勞分析和壽命預 測的基礎數(shù)據(jù)，對其編制方法的研宄具有十分重要的經(jīng)濟和社會意義。
[0005] 起重機的載荷譜與起重載荷和起吊卸載位置有關(guān)，文獻《造船龍門起重機載荷譜 的編制方法》（[J]起重機運輸機械.2012(4))按照等分的原則對載荷和載荷位移進行了分 類，但是起重機的實際起吊工作情況具有隨機性，因此，這種處理載荷譜參數(shù)的方法不具有 通用性。
[0006] 文獻《基于旁側(cè)壓力測量的起重機載荷稱重方法研宄》（[J]起重機運輸機 械.2013 (10))提供了一種測量起重載荷的方法，文獻《橋式起重機載荷譜參數(shù)數(shù)據(jù)的采集 系統(tǒng)及方法》（發(fā)明專利201010139945. 3)提供了載荷及載荷位移參數(shù)的獲取方法。這兩 種方法存在的問題是：只提供了載荷和載荷位移的采集方法，未解決對采集數(shù)據(jù)分類處理 的問題，沒有涉及利用數(shù)據(jù)編制載荷譜的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對載荷譜參數(shù)平均分類的不足，利用聚類分析 的方法，采用最短距離法作為載荷以及載荷位移的聚類依據(jù)，提供一種基于聚類分析橋架 類起重機整機載荷譜的編制方法，為起重機壽命的評估提供依據(jù)。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：
[0009] 本發(fā)明提供的基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，具體是：先選擇 橋架類起重機的起重載荷、載荷位移為輸入?yún)?shù)；然后基于聚類分析的方法，利用統(tǒng)計數(shù) 據(jù)，對載荷分類；再基于聚類分析的方法，利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對載荷位移分類；最后根據(jù)載荷 和載荷位移分類的結(jié)果，統(tǒng)計計算每級載荷在載荷位移區(qū)間內(nèi)的壽命，編制橋架類起重機 整機的載荷譜。
[0010] 所述的對載荷分類的具體方法是：
[0011] 1)提取起重機載荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設載荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合為：
[0012] pn= {p"p2，Lpn},
[0013] 2)定義起重機載荷之間的距離dij為：
[0014] (1^-= |di-djl,i,j= 1, 2,L,n(1)
[0015] 式中：屯、4分別表示載荷的數(shù)值pi、Pj，
[0016] 3)建立載荷的距離矩陣D(Q)為：
【主權(quán)項】
1. 一種基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，其特征是先選擇橋架類起重 機的起重載荷、載荷位移為輸入?yún)?shù)；然后基于聚類分析的方法，利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對載荷分 類；再基于聚類分析的方法，利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對載荷位移分類；最后根據(jù)載荷和載荷位移分 類的結(jié)果，統(tǒng)計計算每級載荷在載荷位移區(qū)間內(nèi)的壽命，編制橋架類起重機整機的載荷譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，其特征在 于對載荷分類的具體方法是： 1) 提取起重機載荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設載荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)集合為： Pn={P1，P2,LPn}; 2) 定義起重機載荷之間的距離扎為： (1^-=|di-djl,i,j= 1, 2,L,n (1) 式中：dpdj分別表示載荷的數(shù)值Pi、pj; 3) 建立載荷的距離矩陣Dto)為：
式中：矩陣中的元素dyi、j= 1，2，…n)表示載荷p#Pj的距離，按照公式⑴計 算； 4) 找出D(Q)中非對角的最小元素，記為Dsq，Dsq表示類Gs和類G5之間的最小距離，將類 Gs和類Gq所在的行和列合并為一個新行新列，則類Gs和類Gq合并為Gp4={Gs，Gq}，任一 類Gk與的距離按以下公式計算； 一1--K. ?_j--s _i _ _ tc ?_j--q
式中：類&表示載荷按最小距離合并后的一個集合， 類Gq表示載荷按最小距離合并后的一個集合， 表示匕與Gs的最小距離，記為Dks， 1 k 5 J S 二二義表示匕與Gq的最小距離，記為Dkq， 5) 這樣就得到新的距離矩陣D(1); 6) 重復以上步驟，直到所有的載荷完成聚類，載荷被分為i類。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，其特征在 于對載荷位移分類的具體方法是： 1) 將載荷位移轉(zhuǎn)化為中值，設第i級載荷的載荷位移集合為X= {X|XG[Xkl，Xk2]}， 位移中點表示為： Xk= (Xkl+Xk2)/2〇 (3) 式中：乂^表示位移區(qū)間的左端點的值；乂^表示位移區(qū)間的右端點的值； 2) 將載荷位移的中點Xk按步驟2的方法將所有的載荷位移完成聚類，載荷位移被分為 mi類。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，其特征是 根據(jù)載荷位移分類的結(jié)果，統(tǒng)計計算載荷在載荷位移區(qū)間內(nèi)的作用頻次，繪制起重機關(guān)鍵 結(jié)構(gòu)主梁的整機載荷譜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，其特征在 于采用以下方法編制橋架類起重機整機的載荷譜： 1) 假設起重載荷服從正態(tài)分布，記整機額定壽命為N，由載荷的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算載荷均 值和方差，計算每級載荷的概率ni，每級載荷的壽命為N*ni; 2) 每級載荷聚類后在載荷位移區(qū)間內(nèi)作用頻次的百分比為Aij:
i=i 式中：表示載荷在第i級載荷，第j類載荷位移范圍內(nèi)統(tǒng)計的頻次， ￡^^表示統(tǒng)計得到第i級載荷的作用頻次； j=l 3) 則起重機在每級載荷的載荷位移區(qū)間內(nèi)的壽命為：N*njAy
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，其特征是 根據(jù)聚類分析后的載荷類別，載荷位移類別以及頻次編制橋架類起重機的整機載荷譜，載 荷類別和載荷位移類別的組合至少為8。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于聚類分析橋架類起重機整機載荷譜編制方法，具體是：先選擇橋架類起重機的起重載荷、載荷位移為輸入?yún)?shù)；然后基于聚類分析的方法，利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對載荷分類；再基于聚類分析的方法，利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對載荷位移分類；最后根據(jù)載荷和載荷位移分類的結(jié)果，統(tǒng)計計算每級載荷在載荷位移區(qū)間內(nèi)的壽命，編制橋架類起重機整機的載荷譜。本發(fā)明通過聚類的方法編制的載荷譜，適用性更強。該方法簡單、可行、適用，為起重機的壽命評估提供了可靠的依據(jù)。
【IPC分類】G06F17-50, G06F17-30
【公開號】CN104809317
【申請?zhí)枴緾N201510257999
【發(fā)明人】趙章焰, 李愛華, 夏文俊, 郭慶, 曹雄鷹, 郭小寧
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月19日