非道路車(chē)輛座椅懸架一體式減振支柱的研制及特性分析.pdf

1、與普通道路車(chē)輛相比，非道路車(chē)輛行駛環(huán)境較差，振動(dòng)沖擊較為明顯。研究顯示，在駕乘人員工作過(guò)程中，車(chē)輛由于路面激勵(lì)產(chǎn)生的低頻振動(dòng)強(qiáng)度較高，長(zhǎng)期作業(yè)時(shí)，振動(dòng)對(duì)人體頭、脊柱、腿和內(nèi)臟等器官都會(huì)造成傷害，且易增加駕駛員疲勞感，降低工作效率。隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)非道路車(chē)輛的乘坐舒適性要求越來(lái)越高，從而其減振裝置的設(shè)計(jì)尤為重要。相對(duì)于車(chē)輛其它方式的懸架減振，采用座椅懸架減振是最經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單和直接的方法，不會(huì)影響拖拉機(jī)使用性能。而座椅懸架中，采用半

2、主動(dòng)懸架的減振方式是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外座椅半主動(dòng)懸架普遍采用彈簧與減振器并聯(lián)的形式，將阻尼和剛度作為兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)分別進(jìn)行控制。
　　本課題對(duì)水田硬底層不平度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)水田工況下拖拉機(jī)的行駛平順性進(jìn)行分析，得出拖拉機(jī)前橋、后橋及座椅椅面的固有頻率范圍。結(jié)合帶附加氣室空氣彈簧及磁流變減振器工作原理及設(shè)計(jì)方法，本文提出了適用于座椅懸架的新型一體式減振支柱的設(shè)計(jì)方案，減振支柱中減振器主體采用磁流變液可以實(shí)現(xiàn)阻尼無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

3、通過(guò)調(diào)節(jié)主、附氣室之間氣流流通面積，可以實(shí)現(xiàn)剛度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。根據(jù)隔振原理，計(jì)算了設(shè)計(jì)的減振支柱各結(jié)構(gòu)參數(shù)以及各部件所需材質(zhì)，并利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)減振支柱中磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證磁路的可靠性。研制了一體式減振支柱，設(shè)計(jì)了減振支柱的臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)，分別研究其靜剛度和動(dòng)態(tài)輸出力特性。具體內(nèi)容包括:
　　1.選取南京市江浦農(nóng)場(chǎng)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)中心粘性水稻土為試驗(yàn)用地，采用輪胎滾動(dòng)法，通過(guò)自行設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置測(cè)取水田硬底層高程隨路面長(zhǎng)

4、度變化的曲線(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。結(jié)果表明，水田硬底層輪廓高程具有統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，高程變化是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程;路面不平度系數(shù)Gx(0.1)=316.7×10-6m-3，頻率指數(shù)w=-1.651，路面空間頻率低于0.7m-1(波長(zhǎng)λ≥1.43m)，水田硬底層的路面等級(jí)為C，而高于0.7m-1(波長(zhǎng)λ≤1.43m)，硬底層的路面等級(jí)在D到E之間。
　　2.根據(jù)輪胎-濕軟水田土壤系統(tǒng)建立了水田工況下拖拉機(jī)三自由度平面振動(dòng)模型;以測(cè)得的路面縱斷面

5、曲線(xiàn)為激勵(lì)，根據(jù)CF700型拖拉機(jī)主要參數(shù)，仿真拖拉機(jī)在水田工況下前橋、后橋、座椅椅面垂向振動(dòng)固有頻率，并將仿真與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，試驗(yàn)得到的拖拉機(jī)前橋、后橋、座椅椅面的垂向振動(dòng)固有頻率分別為2.91Hz、3.6Hz、2.5Hz，仿真得到的振動(dòng)固有頻率依次為3.49Hz、3.34Hz、2.9Hz，試驗(yàn)與仿真結(jié)果相對(duì)誤差分別為19.9％、7.2％、16.0％;表明各測(cè)試點(diǎn)試驗(yàn)與仿真的相對(duì)誤差均在允許范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果具有較好

6、的一致性;并通過(guò)仿真結(jié)果評(píng)價(jià)座椅懸架的減振性能。
　　3.針對(duì)CF700型拖拉機(jī)座椅懸架系統(tǒng)減振性能差的問(wèn)題，本文提出了一種用于車(chē)輛座椅懸架的新型減振支柱，其主要由附加氣室、空氣彈簧、磁流變減振器三部分按照同軸一體式布置方式組成;其中，空氣彈簧與附加氣室構(gòu)成帶附加氣室的空氣彈簧，并通過(guò)安裝在軟管上的比例流量閥調(diào)節(jié)空氣彈簧氣室與附加氣室之間的氣流流通面積，磁流變減振器采用剪切流動(dòng)混合工作模式，由于磁流變減振器浮動(dòng)氣室與空氣彈簧氣室相

7、通，使得阻尼與彈性元件間存在動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)作用。根據(jù)人體敏感頻率范圍及座椅安裝處固有頻率，確定座椅懸架固有頻率范圍，并設(shè)計(jì)減振支柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，選取減振支柱各部件所需材料。
　　4.根據(jù)設(shè)計(jì)的減振支柱磁路結(jié)構(gòu)參數(shù)及材質(zhì)，在ANSYS軟件中建立了磁路仿真模型，通過(guò)線(xiàn)圈在最大載荷下產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，驗(yàn)證磁路設(shè)計(jì)的可靠性。通過(guò)ANSYS軟件分析不同輸入電流下，減振支柱阻尼間隙處的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定試驗(yàn)時(shí)輸入減振支柱電流;根據(jù)帶附加氣室空氣彈簧等

8、效剛度及等效阻尼高斯模型，選擇試驗(yàn)用的比例閥，確定減振支柱試驗(yàn)中比例閥的輸入電壓。
　　5.對(duì)研制的減振支柱靜剛度及動(dòng)態(tài)輸出力特性分別進(jìn)行了臺(tái)架性能測(cè)試試驗(yàn)。根據(jù)空氣彈簧靜剛度測(cè)試原理，構(gòu)建減振支柱靜剛度試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，在初始?xì)鈮悍謩e為0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa時(shí)，測(cè)取彈簧“彈性力-行程”及“內(nèi)壓-行程”曲線(xiàn);根據(jù)不同激振速度、空氣彈簧壓力和比例流量閥輸入電壓及減振支柱輸入電流變化對(duì)減振支柱動(dòng)態(tài)輸出力的影響，構(gòu)建減振支

9、柱動(dòng)態(tài)輸出力試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。本課題僅研究了初始?xì)鈮簽?.3MPa時(shí)，不同激振速度、線(xiàn)圈電流及比例閥輸入電壓對(duì)減振支柱輸出力的影響規(guī)律。
　　通過(guò)本課題的研究，了解到農(nóng)村水田土壤硬底層路面等級(jí)，為面向水田作業(yè)車(chē)輛振動(dòng)研究提供路面參考模型，驗(yàn)證了水田工況下基于輪胎-濕軟水田土壤拖拉機(jī)三自由度平面振動(dòng)模型的有效性，為拖拉機(jī)懸架系統(tǒng)振動(dòng)特性參數(shù)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。并且通過(guò)對(duì)減振支柱的靜剛度及動(dòng)態(tài)輸出力的試驗(yàn)研究，系統(tǒng)掌握了其動(dòng)力學(xué)特性，為進(jìn)一步