基于DTW距离的拖拉机传动轴载荷样本长度计算方法

发布时间：2021-06-05 13:34

　　针对工程领域载荷样本长度确定方法对农业机械载荷适用性较差的问题,提出了一种基于动态时间扭曲（DTW,Dynamic Time Warping）距离计算载荷样本长度的方法。首先,运用无线扭矩传感器获取犁耕作业下拖拉机传动轴的动态载荷,结合传动轴犁耕作业下的载荷特点,划分作业工况;再将作业循环叠加并经过归一化处理后进行DTW距离计算,确定传动轴载荷样本长度;最后,计算参数外推中均值混合正态分布函数的拟合参数相对误差。结果表明,运用DTW距离方法确定的载荷样本长度,能够使均值双正态分布函数拟合得到的参数相对误差保证在10%以内。近似均值精度估计法和均值曲线拟合法的拟合参数相对误差最大值分别为126.06%和80.62%,而基于DTW距离计算方法的拟合参数相对误差最大值为5.43%,验证了基于DTW距离的载荷样本长度计算方法的适用性。研究结果可为拖拉机传动轴田间试验载荷样本长度确定提供参考。 

【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

基于DTW?注：x为子样本个数；n为N个子样本中样本点数；y为载荷总体；m为载荷总体y中样本点数；d为x个子样本与载荷总体y之间DTW距离；εr为给定的误差

拖拉机田间犁耕作业Fig.3Tractorploughinginthefield

农业工程学报（http://www.tcsae.org）2020年56荷时间序列进行预处理。测取犁耕作业过程中拖拉机传动轴扭矩的变化如图4所示。图3拖拉机田间犁耕作业Fig.3Tractorploughinginthefield图4拖拉机传动轴犁耕作业扭矩信号Fig.4Torquesignaloftractordriveshaftduringploughingoperation2.2扭矩信号分析无线扭矩采集系统测取的载荷信号为扭矩信号，为方便后续分析处理，将扭矩载荷转化为切应力载荷τ(MPa)。/PMW（3）式中3/16PaWd为抗扭截面系数；da为传动轴直径，取30mm；M为传动轴所受扭矩，Nm。为使试验田犁耕完整，拖拉机在地块边界需进行姿态调整，由于此时变速箱向转向驱动桥传递动力较小，且前进方向、挡位发生多次变化，所以此时传动轴所受的切应力较小且有较大波动；在犁耕作业过程中，变速箱向转向驱动桥传递动力较大，但拖拉机状态相对平稳，所以传动轴承受的切应力较大且较平稳。由于拖拉机在犁耕作业时和土地边界调整时传动轴扭矩载荷特征差异明显，为使犁耕作业满足各态历经性，使测量的载荷能够代表田间作业情况下载荷总体特征[25]，将犁耕工况与调整工况两种工况划分为一个作业循环。拖拉机进行一个作业循环传动轴受到的切应力如图5所示。为分析传动轴扭矩频率变化范围，应用Matlab软件进行频谱分析，结果如图6所示。分析可知，拖拉机传动轴受到的载荷主要是低频信号，而由于农业机械作业的地面环境较为恶劣，传动轴受到地面和变速箱的激励，使得载荷的幅值在0.01和2Hz附近有2个峰值。图5作业工况划分Fig.5Divisionofoperationconditions图6载荷频域分析Fig.6Analysisofloadfrequencydomain

【参考文献】：
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3212264