拖拉機在水田土壤條件下的振動特性研究.pdf

1、與小汽車、客車和重卡車相比，農(nóng)業(yè)車輛、林業(yè)車輛、拖拉機和部分工程車輛等無懸架非公路車輛的振動尤為劇烈。但由于價格問題大多數(shù)的小型和中型拖拉機沒有裝備任何懸架系統(tǒng)。許多研究人員已經(jīng)研究了通過改變拖拉機輪胎的充氣壓力和行駛速度來控制拖拉機振動，但由于水稻田復(fù)雜的特點，因此拖拉機在高土壤振動方面的研究很少，特別是小型兩輪驅(qū)動拖拉機。所以研究水田拖拉機的振動工作是設(shè)計拖拉機懸掛系統(tǒng)的重要參考。
　　為深入研究輪胎充氣壓力對振動的敏感程度，

2、把拖拉機速度和田間水分含量作為設(shè)計拖拉機懸掛系統(tǒng)的基礎(chǔ)，設(shè)計和選用了相應(yīng)的設(shè)備和軟件進行了仿真、實驗以及數(shù)據(jù)處理。完成的主要工作和得到的主要結(jié)論如下:
　　1)選擇三種輪胎來測量它們的垂直剛度和阻尼系數(shù)，通過使用自由振動衰減法得出輪胎垂直剛度和阻尼系數(shù)。結(jié)果表明，當(dāng)增加輪胎充氣壓力時，所有輪胎的剛度呈線性增加的趨勢，而阻尼系數(shù)逐漸減小。輪胎剛度和阻尼還取決于輪胎尺寸，輪胎負載和輪胎的結(jié)構(gòu)比如是前輪還是后輪。這些對控制非懸架拖拉機的

3、振動是很重要的。
　　2)依然使用以上三種輪胎，在中國南京的江浦農(nóng)場選擇了一種土壤樣本。實驗中設(shè)計并制造了一種新工具，通過自由振動衰減法研究了輪胎—土壤系統(tǒng)的垂直等效阻尼特性。結(jié)果表明輪胎-土壤系統(tǒng)的阻尼比隨土壤深度的增加而增加，隨樣品的土壤水分含量的增加而減小，而輪胎-土壤系統(tǒng)的阻尼比隨輪胎充氣壓力的增加而下降。提出了一種新的輪胎-土壤模型。
　　3)設(shè)計并制造了一種新型工具，使用靜態(tài)測量的方法，每200mm取一個間隔，對

4、水田的表面輪廓進行了測量。結(jié)果表明，水田土壤的表面是很粗糙的，參照ISO8608的標(biāo)準(zhǔn)，水田的表面粗糙度達到D級，粗糙度系數(shù)G(no)=645.06x106(m3/cycle)，坡度值為w=1.2399。
　　4)選擇江蘇常發(fā)集團的小型拖拉機CF200作為樣機。參照相關(guān)的中國標(biāo)準(zhǔn)，得出拖拉機的固有參數(shù)比如質(zhì)心位置和俯仰轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)。以輪胎—土壤系統(tǒng)的垂直等效剛度、阻尼系數(shù)和水田表面粗糙度系數(shù)為基礎(chǔ)，建立了物理振動模型以及1/2的

5、拖拉機數(shù)學(xué)模型。根據(jù)振動微分方程和非懸架系統(tǒng)的固有頻率分析，計算了垂直振動和俯仰振動的固有頻率。利用MATLAB/Simulink軟件對拖拉機振動特性進行了仿真分析。結(jié)果表明，拖拉機彈跳和振動角速度隨著牽引速度和輪胎充氣壓力的增加而增加。
　　5)CF200型拖拉機也被選為實驗拖拉機，在水田里進行了實驗，得出輪胎充氣壓力和前進速度對拖拉機振動的影響。實驗中，前軸和后軸的垂直振動，測量了拖拉機的三軸加速度和角加速度。只采用頻率范圍在

6、0.1—10HZ的RMS數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，拖拉機的振動受前進速度和輪胎充氣壓力的改變而變化劇烈，尤其是增加拖拉機的速度和后輪的充氣壓力。盡管拖拉機的振動能量可以被一部分水田土壤帶走，但是振動的強度很高，需要安裝懸架系統(tǒng)來減小振動。
　　6)對仿真結(jié)果和實驗結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明，仿真的加速度比實驗的結(jié)果高，這意味著在設(shè)計拖拉機懸架系統(tǒng)的過程中需要一個合理的系數(shù)。提出一些重點和建議并指出將來的工作。
　　本研究為非懸架拖拉機的