基于駕駛室懸架的拖拉機減振研究.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)計中拖拉機駕駛室一般都直接安裝在車架上，車輛行駛的振動直接傳遞到駕駛室，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，這不僅對道路車輛，以及對于作業(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說，應(yīng)用駕駛室懸架可有效地提高它們對不同路況、不同作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能

2、力。
　　本文結(jié)合當前國內(nèi)外拖拉機駕駛室懸架系統(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拖拉機樣車作為研究對象，推導了二軸非道路車輛質(zhì)心高度測量通用計算公式，構(gòu)建了拖拉機整車俯仰與側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量的測量系統(tǒng)，設(shè)計了拖拉機輪胎剛度與阻尼的測量裝置，應(yīng)用Pro/E完成拖拉機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測定。
　　在獲取車輛系統(tǒng)的質(zhì)量屬性參數(shù)、輪胎振動特性參數(shù)等的基礎(chǔ)上，依據(jù)拖拉機

3、結(jié)構(gòu)特點建立了駕駛室無隔振和駕駛室有隔振半機、駕駛室有隔振整機拖拉機的振動數(shù)學模型，運用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拖拉機駕駛室后懸架，通過Matlab/Simulink仿真了拖拉機整機的振動特性，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。在拖拉機振動測試的標準較平滑跑道上進行了拖拉機后懸架對振動特性的實驗研究，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)拖拉機的結(jié)構(gòu)特點，推導拖拉機質(zhì)心高度計算的理論公式，改進了劃線法測量的繁瑣過程，該公式為二軸道路和非道路車輛質(zhì)心高度計算的一般表達式，對CF700拖拉機的質(zhì)量中心位置測量結(jié)果表明測量的相對誤差小于3.73％，測試精度可以滿足工程要求。
　　構(gòu)建了拖拉機整機繞質(zhì)心俯仰與側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，設(shè)計用于支撐拖拉機的活動半框架，實現(xiàn)了大型設(shè)備二個方向轉(zhuǎn)動慣量的測量，誤差理論分析及測量結(jié)果表明測量獲取的CF700型拖拉機轉(zhuǎn)動慣量的相對誤

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

6、動慣量。依據(jù)減振系統(tǒng)剛度與阻尼測量的基礎(chǔ)激振、共振質(zhì)量法，設(shè)計了駕駛室橡膠墊測試裝置，建立了實驗平臺對駕駛室橡膠墊和座椅的動態(tài)剛度與阻尼進行了測試。
　　2、選用常發(fā)集團農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的CF700型拖拉機作為樣車，研究拖拉機未安裝和安裝駕駛室減振懸架的車身、駕駛室和座椅振動的響應(yīng)。建立駕駛室無隔振懸架的半機三自由度系統(tǒng)模型、駕駛室有隔振懸架的半機五自由度系統(tǒng)模型和駕駛室有隔振懸架的整機七自由度系統(tǒng)模型，分別建立拖拉機各振動模

7、型微分方程，應(yīng)用MATLAB對拖拉機的振動特性進行了理論研究，分析振動系統(tǒng)在使用原橡膠墊時的固有頻率，車身、駕駛室和座椅的振動幅頻特性。
　　駕駛室無隔振半機模型振動的分析結(jié)果表明:前輪激勵對機身振動響應(yīng)的貢獻小于后輪激勵，前輪激勵對座椅振動響應(yīng)大于后輪激勵對座椅振動的響應(yīng);
　　駕駛室有隔振半機模型振動的分析結(jié)果表明:駕駛室有隔振拖拉機的各階固有頻率中駕駛室的固有頻率明顯偏高，機身垂向固有頻率、機身俯仰固有頻率和座椅垂向振

8、動固有頻率與駕駛室無隔振的相比變化較小。除后輪激勵對座椅的響應(yīng)遠遠大于前輪激勵的響應(yīng)外，前輪激勵對響應(yīng)的貢獻均大于后輪激勵對響應(yīng)的貢獻。前輪激勵對機身垂向和座椅垂向位移傳遞率的影響明顯小于駕駛室無隔振時的傳遞率，前輪的激勵對機身垂向、機身繞其質(zhì)心俯仰的響應(yīng)略大于駕駛室無隔振的響應(yīng)，后輪的激勵對機身垂向、機身繞其質(zhì)心俯仰的響應(yīng)均小于駕駛室無隔振的響應(yīng)?？傮w表現(xiàn)為拖拉機駕駛室有隔振時其振動響應(yīng)相對于駕駛室無隔振拖拉機有所改善。
　　駕

9、駛室有隔振整機模型振動的分析結(jié)果表明:后輪激勵對駕駛室俯仰和座椅位移傳遞率的貢獻大于前輪激勵，前、后輪對機身的位移傳遞的貢獻基本一致。無論是前輪還是后輪對機身與座椅傳遞函數(shù)的最大峰值都分別出現(xiàn)在各自的固有頻率處。整機模型與實際拖拉機運動狀況符合的程度較高，采用整機模型分析拖拉機的振動特性，可以為準確應(yīng)用振動理論分析拖拉機在行駛過程中的振動特性，改善拖拉機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，建立拖拉機整機7自由度振動仿真模型，對駕駛室有隔振拖拉機的被動懸架系統(tǒng)的振動特性進行仿真研究，分析駕駛室懸架不同剛度與阻尼對車身、駕駛室、座椅振動響應(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機身Z向振動加速度和駕駛室質(zhì)心Z向振動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，座椅垂向振動隨剛度增大而增大，隨阻尼系數(shù)增大而減小，小阻尼時剛度的

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)的后支撐點彈簧-減振器元件，可使座椅垂向加速度較前后支撐點均采用橡膠墊時有很大程度的減小，振動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，機身的垂向振動加速度越小，駕駛室垂向和座椅垂向振動加速度側(cè)相反，機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)拖拉機沒有機身主懸架的特點，結(jié)合全浮式拖拉機駕駛室懸架結(jié)構(gòu)，對駕駛室懸架與座椅懸架的匹配進行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果顯示優(yōu)化后機身質(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、拖拉機駕駛室后懸架采用不同參數(shù)進行道路試驗，其試驗結(jié)果表明機身質(zhì)心Z向、駕駛室質(zhì)心Z向和座椅垂向的振動響應(yīng)同仿真結(jié)果基本上是一致的，座椅總