拖拉机驾驶室空气悬架系统设计及整机仿真试验研究

发布时间：2020-09-18 11:23

　　随着农业机械与农业经济的发展,人们对拖拉机等农业机械的驾驶舒适性要求越来越高,现有的拖拉机刚性悬架已不能满足人们的舒适性要求。由于拖拉机长年行驶在乡村小道与坑洼农田中,路面行驶工况差,再加上拖拉机减振性能的低劣,使得拖拉机工作过程中驾驶员承受着高强度的低频振动,身心健康受到严重影响。为此改善拖拉机的减振性能,提高拖拉机的乘坐舒适性就尤为重要。相对于拖拉机其他减振措施,对拖拉机驾驶室悬架进行改进是一种较为直接且有效的解决方法。本课题主要是为了降低驾驶室的振动强度,减小振动环境对驾驶员的身心健康的危害,改善驾驶员的乘坐舒适性。以CF700型拖拉机为研究对象,根据牛顿第二定律列出其运动微分方程;针对其结构特点设计一种以空气弹簧减振器为弹性阻尼元件的全浮式驾驶室悬架系统;在ADAMS软件中建立拖拉机整机动力学模型并对驾驶室悬置参数进行优化;根据实车试验与仿真分析对拖拉机驾驶室振动特性进行分析。主要完成的工作与结论如下:(1)根据CF700拖拉机结构与振动特点建立拖拉机四自由度的平面模型,列出其运动微分方程,简化模型后,推导出驾驶室在垂直方向的等效刚度与固有频率;建立空气弹簧的力学模型,得出空气弹簧的振动频率;对拖拉机振动特性的影响因素进行分析。(2)设计了由空气弹簧减振器、导向机构、连接件等组成的三自由度驾驶室悬架;根据悬架的载荷、行程与安装空间,选择了合适的空气弹簧减振器;对空气弹簧的输出力与动态特性进行试验分析;对导向机构中的横向拉杆与纵向拉杆的橡胶衬套进行有限元分析,选取了合适材料的橡胶衬套;对导向机构在运动中受力最大的螺栓进行强度校核。(3)按照国家标准规定的参数值编写了用于仿真试验的粗糙路面文件;根据获得的轮胎属性参数,编写了用于仿真的前后轮胎文件;利用空气弹簧的试验数据建立驾驶室悬架多体动力学模型,并对驾驶室悬架参数进行优化,得到合适的驾驶室悬架参数;利用Pro/E软件建立拖拉机的整机模型,定义相关材料属性参数后导入ADAMS中添加相关约束与载荷建立整机虚拟样机模型。(4)通过实车试验分别测得拖拉机驾驶室安装悬架前与安装悬架后,座椅平台沿x、y、z方向的振动加速度时域信号;利用试验数据与仿真数据进行比较,对虚拟样机进行验证;在ADAMS中对驾驶室质心的振动特性进行分析。本课题主要是围绕着拖拉机驾驶室的动态特性进行研究,探究驾驶室的振动特性与行驶速度、驾驶室悬架参数、谱峰值频率之间的关系,为拖拉机的减振方法提供研究基础。
【学位单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S219.03
【部分图文】：

车辆悬架,悬架,位置,座椅悬架

为使拖拉机的减振性能达到理想状态，如今的研究普遍从拖拉机振动的激励、逡逑系统和响应入手，提出拖拉机的减振措施。其中应用最广泛的有座椅悬架、前桥悬逡逑架、全悬架Ｗ及驾驶室悬架，如图１－１所示。逡逑１逡逑

前桥,悬架

轮跳动的问题，经过相关测试后发现加装前桥悬架明显改善了拖拉机的操纵稳定性逡逑与牵引性能，提高拖拉机的行驶速度。例如赛迈道依茨－法尔拖拉机采用的是一种逡逑孰向摆动板式弹性前轴悬架，如图１－３，控制与操纵中也可１＾＞１使拖拉机在各种环境逡逑作业时都能与路面的接触处于最佳状态Ｗ。南京农业大学马然、朱思洪等通过研制逡逑拖拉机前息架单出杆磁流变减振器来解决国内拖拉机减振性能差的问题，并对设计逡逑的磁流变减振器进行试验分析，验证了设计思路的可行性和磁流变减振器减振性能逡逑的有效性Ｗ。吕宝占、高辉松等利用ＭＡＴＬＡＢ软件对某型号拖拉机进行前悬架振逡逑动特性仿真研究，得到了前桥悬架的不同刚度和阻尼对车辆振动特性的影响规律Ｗ。逡逑控鸦和操级中屯、逡逑Ｓ架支架逡逑图１－３赛迈道依巧－法尔拖拉机前桥息架逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｆｒｏｎｔ邋ａｘｌｅ邋ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｒａｃｔｏｒ逡逑为了更好地提高拖拉机驾驶舒适性与行驶速度，在装备前桥悬架的基础上再加逡逑装后桥悬架，即全悬架。由于驾驶室与座椅在后桥上方，所Ｗ加装后桥悬架能够更逡逑加直接衰减车桥对驾驶室的冲击。Ｃｌａａｒ、Ｓｈｅ化等对装备全悬架的拖拉机在０？逡逑５０ｋｍ／ｈ速度范围内的驾驶室振动特性进行研究，实验数据表明在驾驶室的加速度逡逑均方根值为化３ｍ／ｓ２，后轮动载荷系数为０．１３，这两者数据均比只安装前桥悬架的逡逑拖拉机小

曲线,悬架,驾驶室

逡逑Ｊｏｈｎ邋Ｄｅｅｒｅ公司的工程师们在Ｍｏｔｉｏｎ（ＤＡＤＳ）软件中将带有和不带驾驶室悬架逡逑的拖拉机进行乘坐舒适性测试时炒日图１－５），发现在相同速度下，乘坐在带有前轴逡逑和驾驶室悬架的无载荷拖拉机中要比在只装配了前轴悬架拖拉机中要舒服得多；且逡逑通过座椅竖直加速度的功率谱密度曲线相比，司机在不带驾驶室悬架的拖拉机上是逡逑处于２．３Ｈｚ的频率范围内振动中，而加装了驾驶室悬架系统的频率远远低于这个值，逡逑这说明驾驶室悬架系统对拖拉机的减振具有重要意义。逡逑图１－５邋Ｊｏｈｎ邋Ｄｅｅｒｅ公司仿真测试逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｓｉｍｕｌａｔｅｉｏｎ邋Ｔｅｓｔ邋ｆｏｒ邋Ｊｏｈｎ邋Ｄｅｅｒｅ逡逑４逡逑

【参考文献】