无悬架拖拉机横向乘坐振动特性研究

发布时间：2020-07-13 12:59

【摘要】：由于路面条件恶劣、特殊冲击工况、车辆自身动力传动系统振动等原因,农用车辆驾驶员会承受全身振动,严重损害其身心健康。大量试验案例表明,驾驶员长时间处于强烈的振动环境下,会因腰酸背痛等症状,大大降低工作效率甚至丧失工作能力。驾驶员在驾驶农用车辆时,将受到六个自由度方向的振动,其中垂向、俯仰、侧倾和水平方向的振动最为明显。国内外学者已对垂向、俯仰和侧倾三个方向的振动特性及相应减振措施进行了大量的研究,对水平方向的振动特性等内容的研究却较之甚少。因此,研究农用车辆横向乘坐振动特性及其影响因素,对进一步提高驾驶员的乘坐舒适性,降低职业疾病的发生率,具有重要的理论指导和实际意义。本文以常发CF700型拖拉机为研究对象,在理论分析的基础上,用仿真和试验相结合的方法,研究了轮胎胎压和行驶速度对无悬架拖拉机乘坐横向振动特性的影响,对拖拉机振动系统横向固有频率进行了研究,并提出了横向座椅悬架的设计构想,用遗传算法对横向座椅悬架系统的主要参数进行了优化,验证了横向座椅悬架系统可以改善驾驶员的横向乘坐舒适性,完成的主要工作归纳如下:1.拖拉机横向乘坐振动特性理论研究,建立无悬架拖拉机三自由度Y-Z平面振动模型,进行拖拉机座椅处横向、垂向和侧倾固有频率理论公式的推导,计算出三个方向固有频率值分别为1.6 Hz、3.3 Hz和3.1Hz,得到拖拉机座椅处三个方向振动固有频率都与后轮胎胎压成线性关系。利用推导的拖拉机座椅处振动系统的频率响应函数,得到座椅处横向振动、垂向振动和侧倾振动相对于左、右轮激励的幅频特性曲线,进而推导出拖拉机座椅处振动系统的横向加速度均方值、垂向加速度均方值和侧倾加速度均方值的计算公式。2.拖拉机横向乘坐振动特性仿真分析,建立横向振动系统仿真模型,以100 m长较平滑试验跑道作为路面激励,仿真分析拖拉机轮胎胎压和行驶速度对拖拉机座椅处线振动加速度的影响,结果表明:行驶速度为3.5 km/h时,随着轮胎胎压的增大,座椅横向加速度和垂向加速度都较为平缓地增大;当行驶速度不小于6 km/h时,无论轮胎胎压取何值,其横向加速度均方根值始终小于垂向加速度均方根值,且两者之间的差值会随轮胎胎压的增大而增大;当行驶速度为12km/h时,随着轮胎胎压的增大,横向加速度均方根值和垂向加速度均方根值的变化都近似趋于稳定。3.拖拉机横向乘坐振动特性试验研究,搭建拖拉机横向振动测试系统,通过改变前、后轮胎胎压和行驶速度进行实车试验,对试验数据进行处理以获取拖拉机座椅处横向固有频率、横向加速度功率谱密度和横向加速度均方根值。试验结果表明,随着后轮胎压的增大,座椅处横向固有频率会逐渐增大,且试验值与理论计算值的最大相对误差为4.67%;当前进速度为3.5 km/h时,横向加速度试验值在0.911 m/s2之间波动;当速度不小于6 km/h时,横向加速度均方根试验值的变化规律与仿真结果的变化规律一致,试验值比仿真值要小,其相对误差最大值为5.26%。相对误差均在可接受范围内,表明建立的理论模型和仿真模型是可行性的。前轮胎压的变化对拖拉机座椅处横向固有频率、横向加速度功率谱密度和横向加速度均方根值的影响都不是很大。4.拖拉机振动系统质心处横向固有频率研究,通过建立无悬架拖拉机横向侧倾两自由度空间振动模型,推导出拖拉机振动系统质心处横向固有频率理论计算公式,对其进行试验验证。研究结果表明,当前轮胎压不变时,质心处横向固有频率与后轮胎压成线性关系;当后轮胎压不变时,质心处横向固有频率与前轮胎压成非线性关系。随着行驶速度的增大,拖拉机振动系统质心处横向固有频率逐渐减小;当速度大于9 km/h时,质心处横向固有频率趋于稳定。试验值虽比理论计算值大,但最大相对误差也仅为1.11%,表明所推导的质心处横向固有频率理论公式可用于轮式拖拉机质心处横向固有频率的计算。5.拖拉机横向座椅悬架系统的物理建模与参数优化,建立横向座椅悬架系统的物理模型,提出一种带螺旋弹簧和磁流变阻尼器的半主动横向座椅悬架模型构想,确定横向座椅悬架系统刚度和阻尼比的取值范围。基于MATLAB软件,通过遗传优化算法对横向悬架系统的关键参数进行优化,优化后的横向悬架刚度和阻尼比分别为1927.388 N/m和0.532,仿真分析得到优化后的加速度功率谱密度比优化前降低了65.8%,表明提出的横向座椅悬架系统能大大提高拖拉机驾驶员的横向乘坐舒适性。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S219
【图文】：

曲线,功效,界限,人体

驶室悬架、前桥悬架、后桥悬架和全悬架等各个方面进行了减振研宄。国产拖拉机的逡逑减振装置简陋，有些甚至没有悬架装置，不平路面所产生的振动通过轮胎及各个部件逡逑传递到座椅，此时座椅处频率正好处于人体最敏感频率范围［１２］。从图１－１所示的“疲逡逑劳一功效降低界限”中可以看出，人体所承受振动的最敏感频率范围为：对于垂直振逡逑动，敏感频率范围为４？８邋Ｈｚ；而人体对于水平振动的频率范围为１？２邋Ｈｚ，且频率逡逑大约低于３邋Ｈｚ以下时，人体在横向方向上所承受的振动要比垂向方向更为敏感。然逡逑而可惜的是在１？８邋Ｈｚ频率范围内，座椅减振效果并不好［１３］，特别是在１？２Ｈｚ低频逡逑率范围内的振动，绝大部分座椅海绵软垫不能起到很好的隔振效果，反而会放大振动逡逑强度［１４】。由邋ＩＳＯ邋（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，ＩＳＯ）指标忍受曲线逡逑可知，人体对水平方向振动的忍受曲线要比垂直方向的低得多（大约是垂直方向振动逡逑忍受曲线的７０％）邋［１５］。Ｕｌｒｉｃｈ等研究表明

模型图,质点振动,模型

度和模拟的逼真度之间有所取舍。逡逑１９５３年，Ｈａａｃｋ首次用理论建模的方法分析拖拉机振动特性，建立了二质点振动逡逑模型，如图１－２所示，提出了座椅悬架优化设计理论要求，并试验验证了该理论要求逡逑的正确性［１７］。次年，他又建立了如图１－３所示的拖拉机纵平面振动模型，对弹性前桥逡逑进行了理论分析，并推导出了前桥悬架刚度的理论计算公式［１８］。逡逑＼逦逦邋ｒ—，邋￡逡逑ｊ－＾逦－邋ｋｉｉ＼Ｃｓ逡逑ｚｉ邋１逦厂邋｜邋＿逦Ｊ，邋ｊ逡逑／／／／／逦ｆＴｌ＼逦［邋■邋■逡逑界＆逡逑ｕＴ＾ｒｎｎ邋—逡逑图１－２拖拉机二质点振动模型逦图１－３拖拉机平面振动模型逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｗｏ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｖｉｂｒａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｒａｃｔｏｒ逦Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｔｒａｃｔｏｒ邋ｐｌａｎｅ邋ｖｉｂｒａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌ逡逑１９６４年，清华大学的赵六奇用拉格朗日法建立了拖拉机二自由度平面模型，对逡逑拖拉机振动系统进行了理论和试验研宄，推导出了轮式拖拉机振动系统的偏频和主频逡逑理论计算公式及在余弦激励下的响应［１９］。逡逑１９７２年，Ｓｊｑｆｌｏｔ和Ｓｕｇｇｓ研究了拖拉机低频角振动特性，搭建振动试验平台，逡逑试验拖拉机一侧车轮驶过等间距障碍物

模型图,平面振动,模型

【相似文献】