基于油氣彈簧的拖拉機(jī)前橋懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究.pdf

1、拖拉機(jī)長期行駛在田間和路況較差的路面上，振動(dòng)尤為劇烈。因此對(duì)拖拉機(jī)減振技術(shù)的研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。由于受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、制造成本及銷售價(jià)格等因素制約，國產(chǎn)拖拉機(jī)基本采用剛性連接無懸架的結(jié)構(gòu)形式，其振動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小汽車。在歐美等發(fā)達(dá)國家，由于綜合運(yùn)用駕駛員座椅懸架、駕駛室懸架和前橋懸架等減振技術(shù)，拖拉機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國。國外對(duì)油氣懸架進(jìn)行大量的研究，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于非道路車輛中，而國內(nèi)還處于研發(fā)階段，并沒有實(shí)際應(yīng)用，

2、有關(guān)拖拉機(jī)前橋油氣懸架的研究也鮮有報(bào)道。
　　本文以常發(fā)CF700型拖拉機(jī)為研究對(duì)象，通過理論分析無懸拖拉機(jī)的振動(dòng)特性，測(cè)試無懸架拖拉機(jī)行駛在不同路面條件下的振動(dòng)加速度。以MATLAB為研究平臺(tái)，利用遺傳算法對(duì)前橋懸架的剛度和阻尼參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并仿真研究前橋懸架剛度和阻尼參數(shù)對(duì)拖拉機(jī)振動(dòng)特性的影響。設(shè)計(jì)剛度和阻尼可調(diào)的獨(dú)立式前橋油氣懸架系統(tǒng)，建立剛度和阻尼參數(shù)的非線性數(shù)學(xué)模型。仿真研究油氣彈簧各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)油氣彈簧剛度、阻尼力以及活

3、塞桿輸出力特性的影響規(guī)律，最后對(duì)自行研制的油氣彈簧的輸出力特性和振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。所完成的主要工作及研究結(jié)論歸納如下:
　　建立無懸架拖拉機(jī)二自由度平面振動(dòng)模型，通過測(cè)量、試驗(yàn)和計(jì)算的方法獲得拖拉機(jī)系統(tǒng)的主要參數(shù)。建立拖拉機(jī)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試拖拉機(jī)行駛在GB/T10910-2004規(guī)定的100m較平滑跑道上的振動(dòng)加速度。采用輪胎滾動(dòng)法，通過自行設(shè)計(jì)的路面不平度測(cè)量裝置，測(cè)得南京江浦農(nóng)場(chǎng)小麥秸稈田和水田的路面不平度，并測(cè)試拖

4、拉機(jī)分別行駛在小麥秸稈田、水田、水稻秸稈田以及田間小路四種不同的典型農(nóng)田路面上的振動(dòng)加速度。
　　建立拖拉機(jī)前橋懸架三自由度平面振動(dòng)模型，得到拖拉機(jī)振動(dòng)模型的頻率響應(yīng)函數(shù)，并理論推導(dǎo)出拖拉機(jī)座椅安裝位置的垂向振動(dòng)加速度均方根值、前、后輪動(dòng)載荷均方根值以及前橋懸架動(dòng)撓度均方根值等振動(dòng)參數(shù)的計(jì)算公式。根據(jù)拖拉機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)確定前橋懸架剛度和阻尼參數(shù)的取值范圍，利用MATLAB優(yōu)化工具箱中的遺傳算法工具箱，對(duì)前橋懸架的剛度和阻尼參數(shù)進(jìn)行優(yōu)

5、化，優(yōu)化后的懸架剛度kfas和阻尼cfas的數(shù)值分別為:142.8kN/m、9.5kN·s/m。建立前橋懸架拖拉機(jī)三自由振動(dòng)仿真模型，仿真得到安裝前橋懸架后，座椅安裝位置垂向振動(dòng)加速度均方根值、俯仰方向振動(dòng)角加速度均方根值、前輪動(dòng)載荷系數(shù)、后輪動(dòng)載荷系數(shù)分別降低5.3％、43.7％、76.0％、9.5％，并研究前橋懸架剛度和阻尼參數(shù)對(duì)拖拉機(jī)質(zhì)心垂向、俯仰方向振動(dòng)角加速度、座椅安裝位置垂向加速度、前、后輪動(dòng)載荷系數(shù)以及前橋懸架動(dòng)撓度的影響

6、規(guī)律。
　　提出一種剛度和阻尼均可調(diào)的油氣懸架系統(tǒng)，設(shè)計(jì)油氣懸架系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，介紹油氣彈簧和水平調(diào)節(jié)裝置的工作原理。利用流體力學(xué)理論建立油氣彈簧在不同工作方式下的剛度和阻尼的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算油氣彈簧的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。對(duì)油氣彈簧剛度和阻尼參數(shù)進(jìn)行線性化處理，得到平衡位置處油氣彈簧的剛度和阻尼系數(shù)。根據(jù)動(dòng)力分析和參數(shù)要求對(duì)油氣彈簧的各部分元件進(jìn)行選型和裝配，確定油氣彈簧的主要參數(shù)。
　　利用MATLAB/Simulink建立油氣彈

7、簧的特性仿真模型，仿真研究油氣彈簧的剛度特性以及在不同工作方式下初始充氣體積、初始充氣壓力、缸體直徑、活塞桿直徑、比例閥節(jié)流孔徑、節(jié)流閥節(jié)流孔徑等參數(shù)變化對(duì)阻尼力以及活塞桿輸出力的影響規(guī)律。所設(shè)計(jì)的油氣彈簧可以實(shí)現(xiàn)油氣彈簧在“軟”、“硬”狀態(tài)下的切換，并能在一定范圍內(nèi)對(duì)油氣彈簧的剛度和阻尼進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　對(duì)自行研制的剛度和阻尼可調(diào)油氣彈簧進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)，靜態(tài)性能試驗(yàn)得到油氣彈簧剛度呈非線性變化，平衡位置處的靜剛度系數(shù)為72.