基于駕駛室懸架的拖拉機(jī)減振研究.pdf

1、駕駛室是車輛重要的組成部分之一，是駕駛者和乘員的工作空間。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中拖拉機(jī)駕駛室一般都直接安裝在車架上，車輛行駛的振動(dòng)直接傳遞到駕駛室，使得駕駛員的舒適性比較差。為了提高車輛駕駛室的平順性和舒適性，采用駕駛室懸架隔振技術(shù)，通過(guò)彈簧和阻尼元件組成的懸架系統(tǒng)將駕駛室安裝在車架上，這不僅對(duì)道路車輛，以及對(duì)于作業(yè)環(huán)境、行駛路況更為復(fù)雜的農(nóng)用車輛、工程車輛、林用車輛等非道路車輛來(lái)說(shuō)，應(yīng)用駕駛室懸架可有效地提高它們對(duì)不同路況、不同作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能

2、力。
　　本文結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外拖拉機(jī)駕駛室懸架系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀和技術(shù)水平，以江蘇常發(fā)農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的CF700拖拉機(jī)樣車作為研究對(duì)象，推導(dǎo)了二軸非道路車輛質(zhì)心高度測(cè)量通用計(jì)算公式，構(gòu)建了拖拉機(jī)整車俯仰與側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了拖拉機(jī)輪胎剛度與阻尼的測(cè)量裝置，應(yīng)用Pro/E完成拖拉機(jī)駕駛室的三維模型以及座椅和駕駛室橡膠墊剛度與阻尼的試驗(yàn)測(cè)定。
　　在獲取車輛系統(tǒng)的質(zhì)量屬性參數(shù)、輪胎振動(dòng)特性參數(shù)等的基礎(chǔ)上，依據(jù)拖拉機(jī)

3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立了駕駛室無(wú)隔振和駕駛室有隔振半機(jī)、駕駛室有隔振整機(jī)拖拉機(jī)的振動(dòng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Matlab分析了三種模型系統(tǒng)的固有頻率、頻響函數(shù)。選擇某載貨汽車駕駛室減振器，構(gòu)建CF700拖拉機(jī)駕駛室后懸架，通過(guò)Matlab/Simulink仿真了拖拉機(jī)整機(jī)的振動(dòng)特性，優(yōu)化駕駛室懸架的結(jié)構(gòu)形式以及與座椅懸架的匹配。在拖拉機(jī)振動(dòng)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)較平滑跑道上進(jìn)行了拖拉機(jī)后懸架對(duì)振動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究，所完成的主要工作以及取得的主要結(jié)論如下:
　　1、

4、根據(jù)拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推導(dǎo)拖拉機(jī)質(zhì)心高度計(jì)算的理論公式，改進(jìn)了劃線法測(cè)量的繁瑣過(guò)程，該公式為二軸道路和非道路車輛質(zhì)心高度計(jì)算的一般表達(dá)式，對(duì)CF700拖拉機(jī)的質(zhì)量中心位置測(cè)量結(jié)果表明測(cè)量的相對(duì)誤差小于3.73％，測(cè)試精度可以滿足工程要求。
　　構(gòu)建了拖拉機(jī)整機(jī)繞質(zhì)心俯仰與側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)用于支撐拖拉機(jī)的活動(dòng)半框架，實(shí)現(xiàn)了大型設(shè)備二個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量，誤差理論分析及測(cè)量結(jié)果表明測(cè)量獲取的CF700型拖拉機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的相對(duì)誤

5、差小于3.10％，可以滿足工程要求。
　　設(shè)計(jì)了一套基于自由振動(dòng)對(duì)數(shù)衰減法的輪胎徑向振動(dòng)剛度和阻尼測(cè)量裝置，試驗(yàn)研究了國(guó)產(chǎn)中型拖拉機(jī)輪胎的徑向剛度和阻尼，得出了拖拉機(jī)導(dǎo)向輪與驅(qū)動(dòng)輪輪胎徑向剛度和阻尼計(jì)算的回歸方程。該回歸方程為國(guó)產(chǎn)中型拖拉機(jī)輪胎的不同充氣壓力下的徑向剛度和阻尼提供了計(jì)算方法。
　　應(yīng)用Pro/E三維軟件完成CF700拖拉機(jī)駕駛室的零部件建模并裝配，獲取了拖拉機(jī)駕駛室的質(zhì)量、質(zhì)量中心位置、繞其質(zhì)心的俯仰與側(cè)傾轉(zhuǎn)

6、動(dòng)慣量。依據(jù)減振系統(tǒng)剛度與阻尼測(cè)量的基礎(chǔ)激振、共振質(zhì)量法，設(shè)計(jì)了駕駛室橡膠墊測(cè)試裝置，建立了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)駕駛室橡膠墊和座椅的動(dòng)態(tài)剛度與阻尼進(jìn)行了測(cè)試。
　　2、選用常發(fā)集團(tuán)農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的CF700型拖拉機(jī)作為樣車，研究拖拉機(jī)未安裝和安裝駕駛室減振懸架的車身、駕駛室和座椅振動(dòng)的響應(yīng)。建立駕駛室無(wú)隔振懸架的半機(jī)三自由度系統(tǒng)模型、駕駛室有隔振懸架的半機(jī)五自由度系統(tǒng)模型和駕駛室有隔振懸架的整機(jī)七自由度系統(tǒng)模型，分別建立拖拉機(jī)各振動(dòng)模

7、型微分方程，應(yīng)用MATLAB對(duì)拖拉機(jī)的振動(dòng)特性進(jìn)行了理論研究，分析振動(dòng)系統(tǒng)在使用原橡膠墊時(shí)的固有頻率，車身、駕駛室和座椅的振動(dòng)幅頻特性。
　　駕駛室無(wú)隔振半機(jī)模型振動(dòng)的分析結(jié)果表明:前輪激勵(lì)對(duì)機(jī)身振動(dòng)響應(yīng)的貢獻(xiàn)小于后輪激勵(lì)，前輪激勵(lì)對(duì)座椅振動(dòng)響應(yīng)大于后輪激勵(lì)對(duì)座椅振動(dòng)的響應(yīng);
　　駕駛室有隔振半機(jī)模型振動(dòng)的分析結(jié)果表明:駕駛室有隔振拖拉機(jī)的各階固有頻率中駕駛室的固有頻率明顯偏高，機(jī)身垂向固有頻率、機(jī)身俯仰固有頻率和座椅垂向振

8、動(dòng)固有頻率與駕駛室無(wú)隔振的相比變化較小。除后輪激勵(lì)對(duì)座椅的響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前輪激勵(lì)的響應(yīng)外，前輪激勵(lì)對(duì)響應(yīng)的貢獻(xiàn)均大于后輪激勵(lì)對(duì)響應(yīng)的貢獻(xiàn)。前輪激勵(lì)對(duì)機(jī)身垂向和座椅垂向位移傳遞率的影響明顯小于駕駛室無(wú)隔振時(shí)的傳遞率，前輪的激勵(lì)對(duì)機(jī)身垂向、機(jī)身繞其質(zhì)心俯仰的響應(yīng)略大于駕駛室無(wú)隔振的響應(yīng)，后輪的激勵(lì)對(duì)機(jī)身垂向、機(jī)身繞其質(zhì)心俯仰的響應(yīng)均小于駕駛室無(wú)隔振的響應(yīng)?？傮w表現(xiàn)為拖拉機(jī)駕駛室有隔振時(shí)其振動(dòng)響應(yīng)相對(duì)于駕駛室無(wú)隔振拖拉機(jī)有所改善。
　　駕

9、駛室有隔振整機(jī)模型振動(dòng)的分析結(jié)果表明:后輪激勵(lì)對(duì)駕駛室俯仰和座椅位移傳遞率的貢獻(xiàn)大于前輪激勵(lì)，前、后輪對(duì)機(jī)身的位移傳遞的貢獻(xiàn)基本一致。無(wú)論是前輪還是后輪對(duì)機(jī)身與座椅傳遞函數(shù)的最大峰值都分別出現(xiàn)在各自的固有頻率處。整機(jī)模型與實(shí)際拖拉機(jī)運(yùn)動(dòng)狀況符合的程度較高，采用整機(jī)模型分析拖拉機(jī)的振動(dòng)特性，可以為準(zhǔn)確應(yīng)用振動(dòng)理論分析拖拉機(jī)在行駛過(guò)程中的振動(dòng)特性，改善拖拉機(jī)駕駛員的乘坐舒適性提供可靠的理論依據(jù)。
　　3、應(yīng)用Matlab/Simuli

10、nk專業(yè)模塊，建立拖拉機(jī)整機(jī)7自由度振動(dòng)仿真模型，對(duì)駕駛室有隔振拖拉機(jī)的被動(dòng)懸架系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行仿真研究，分析駕駛室懸架不同剛度與阻尼對(duì)車身、駕駛室、座椅振動(dòng)響應(yīng)的變化規(guī)律，研究結(jié)果表明:駕駛室后懸架使用彈簧-減振器在較大剛度和阻尼時(shí)機(jī)身Z向振動(dòng)加速度和駕駛室質(zhì)心Z向振動(dòng)隨剛度減小和阻尼增大而減小，駕駛室懸架選用剛度較小和阻尼系數(shù)較大的彈簧-減振器元件有較好的減振效果，座椅垂向振動(dòng)隨剛度增大而增大，隨阻尼系數(shù)增大而減小，小阻尼時(shí)剛度的

11、影響非常明顯，隨著阻尼系數(shù)的增大，剛度的影響減小。駕駛室懸架選用小剛度、較大阻尼系數(shù)的后支撐點(diǎn)彈簧-減振器元件，可使座椅垂向加速度較前后支撐點(diǎn)均采用橡膠墊時(shí)有很大程度的減小，振動(dòng)加速度均方根值減小45.4％，隔振效果明顯。
　　分析了駕駛室后懸架彈簧-減振器元件的剛度與阻尼的12種組合仿真結(jié)果，結(jié)果顯示:駕駛室懸架的剛度越大，機(jī)身的垂向振動(dòng)加速度越小，駕駛室垂向和座椅垂向振動(dòng)加速度側(cè)相反，機(jī)身加速度均方根值隨阻尼系數(shù)增大而減小，剛

12、度越小加速度均方根值變化越明顯。根據(jù)拖拉機(jī)沒(méi)有機(jī)身主懸架的特點(diǎn)，結(jié)合全浮式拖拉機(jī)駕駛室懸架結(jié)構(gòu)，對(duì)駕駛室懸架與座椅懸架的匹配進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果顯示優(yōu)化后機(jī)身質(zhì)心Z向、駕駛室質(zhì)心Z向、座椅Z向、座椅X向和座椅Y向振動(dòng)均有很大程度的衰減，尤其是座椅三軸加權(quán)加速度均方根值減小55.97％。
　　4、拖拉機(jī)駕駛室后懸架采用不同參數(shù)進(jìn)行道路試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)身質(zhì)心Z向、駕駛室質(zhì)心Z向和座椅垂向的振動(dòng)響應(yīng)同仿真結(jié)果基本上是一致的，座椅總