拖拉機(jī)在水田土壤條件下的振動(dòng)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(jī)和部分工程車輛等無(wú)懸架非公路車輛的振動(dòng)尤為劇烈。但由于價(jià)格問(wèn)題大多數(shù)的小型和中型拖拉機(jī)沒(méi)有裝備任何懸架系統(tǒng)。許多研究人員已經(jīng)研究了通過(guò)改變拖拉機(jī)輪胎的充氣壓力和行駛速度來(lái)控制拖拉機(jī)振動(dòng)，但由于水稻田復(fù)雜的特點(diǎn)，因此拖拉機(jī)在高土壤振動(dòng)方面的研究很少，特別是小型兩輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)。所以研究水田拖拉機(jī)的振動(dòng)工作是設(shè)計(jì)拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)的重要參考。
　　為深入研究輪胎充氣壓力對(duì)振動(dòng)的敏感程度，

2、把拖拉機(jī)速度和田間水分含量作為設(shè)計(jì)拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和選用了相應(yīng)的設(shè)備和軟件進(jìn)行了仿真、實(shí)驗(yàn)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(lái)測(cè)量它們的垂直剛度和阻尼系數(shù)，通過(guò)使用自由振動(dòng)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(shí)，所有輪胎的剛度呈線性增加的趨勢(shì)，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(fù)載和輪胎的結(jié)構(gòu)比如是前輪還是后輪。這些對(duì)控制非懸架拖拉機(jī)的

3、振動(dòng)是很重要的。
　　2)依然使用以上三種輪胎，在中國(guó)南京的江浦農(nóng)場(chǎng)選擇了一種土壤樣本。實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)并制造了一種新工具，通過(guò)自由振動(dòng)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(jì)并制造了一種新型工具，使用靜態(tài)測(cè)量的方法，每200mm取一個(gè)間隔，對(duì)

4、水田的表面輪廓進(jìn)行了測(cè)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(dá)到D級(jí)，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(tuán)的小型拖拉機(jī)CF200作為樣機(jī)。參照相關(guān)的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，得出拖拉機(jī)的固有參數(shù)比如質(zhì)心位置和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)模型以及1/2的

5、拖拉機(jī)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)振動(dòng)微分方程和非懸架系統(tǒng)的固有頻率分析，計(jì)算了垂直振動(dòng)和俯仰振動(dòng)的固有頻率。利用MATLAB/Simulink軟件對(duì)拖拉機(jī)振動(dòng)特性進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，拖拉機(jī)彈跳和振動(dòng)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(jī)也被選為實(shí)驗(yàn)拖拉機(jī)，在水田里進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得出輪胎充氣壓力和前進(jìn)速度對(duì)拖拉機(jī)振動(dòng)的影響。實(shí)驗(yàn)中，前軸和后軸的垂直振動(dòng)，測(cè)量了拖拉機(jī)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(jī)的振動(dòng)受前進(jìn)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(jī)的速度和后輪的充氣壓力。盡管拖拉機(jī)的振動(dòng)能量可以被一部分水田土壤帶走，但是振動(dòng)的強(qiáng)度很高，需要安裝懸架系統(tǒng)來(lái)減小振動(dòng)。
　　6)對(duì)仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，仿真的加速度比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果高，這意味著在設(shè)計(jì)拖拉機(jī)懸架系統(tǒng)的過(guò)程中需要一個(gè)合理的系數(shù)。提出一些重點(diǎn)和建議并指出將來(lái)的工作。
　　本研究為非懸架拖拉機(jī)的