基于油氣彈簧的拖拉機前橋懸架系統(tǒng)的設計與試驗研究.pdf

1、拖拉機長期行駛在田間和路況較差的路面上，振動尤為劇烈。因此對拖拉機減振技術的研究具有重要的理論意義和工程應用價值。由于受到經(jīng)濟發(fā)展水平、制造成本及銷售價格等因素制約，國產(chǎn)拖拉機基本采用剛性連接無懸架的結構形式，其振動強度遠遠高于小汽車。在歐美等發(fā)達國家，由于綜合運用駕駛員座椅懸架、駕駛室懸架和前橋懸架等減振技術，拖拉機的振動強度遠遠低于我國。國外對油氣懸架進行大量的研究，已經(jīng)廣泛應用于非道路車輛中，而國內還處于研發(fā)階段，并沒有實際應用，

2、有關拖拉機前橋油氣懸架的研究也鮮有報道。
　　本文以常發(fā)CF700型拖拉機為研究對象，通過理論分析無懸拖拉機的振動特性，測試無懸架拖拉機行駛在不同路面條件下的振動加速度。以MATLAB為研究平臺，利用遺傳算法對前橋懸架的剛度和阻尼參數(shù)進行優(yōu)化，并仿真研究前橋懸架剛度和阻尼參數(shù)對拖拉機振動特性的影響。設計剛度和阻尼可調的獨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)學模型。仿真研究油氣彈簧各結構參數(shù)對油氣彈簧剛度、阻尼力以及活

3、塞桿輸出力特性的影響規(guī)律，最后對自行研制的油氣彈簧的輸出力特性和振動響應特性進行臺架試驗。所完成的主要工作及研究結論歸納如下:
　　建立無懸架拖拉機二自由度平面振動模型，通過測量、試驗和計算的方法獲得拖拉機系統(tǒng)的主要參數(shù)。建立拖拉機振動測試系統(tǒng)，測試拖拉機行駛在GB/T10910-2004規(guī)定的100m較平滑跑道上的振動加速度。采用輪胎滾動法，通過自行設計的路面不平度測量裝置，測得南京江浦農(nóng)場小麥秸稈田和水田的路面不平度，并測試拖

4、拉機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)田路面上的振動加速度。
　　建立拖拉機前橋懸架三自由度平面振動模型，得到拖拉機振動模型的頻率響應函數(shù)，并理論推導出拖拉機座椅安裝位置的垂向振動加速度均方根值、前、后輪動載荷均方根值以及前橋懸架動撓度均方根值等振動參數(shù)的計算公式。根據(jù)拖拉機系統(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，對前橋懸架的剛度和阻尼參數(shù)進行優(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三自由振動仿真模型，仿真得到安裝前橋懸架后，座椅安裝位置垂向振動加速度均方根值、俯仰方向振動角加速度均方根值、前輪動載荷系數(shù)、后輪動載荷系數(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)對拖拉機質心垂向、俯仰方向振動角加速度、座椅安裝位置垂向加速度、前、后輪動載荷系數(shù)以及前橋懸架動撓度的影響

6、規(guī)律。
　　提出一種剛度和阻尼均可調的油氣懸架系統(tǒng)，設計油氣懸架系統(tǒng)的總體結構，介紹油氣彈簧和水平調節(jié)裝置的工作原理。利用流體力學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)學模型，計算油氣彈簧的主要結構參數(shù)。對油氣彈簧剛度和阻尼參數(shù)進行線性化處理，得到平衡位置處油氣彈簧的剛度和阻尼系數(shù)。根據(jù)動力分析和參數(shù)要求對油氣彈簧的各部分元件進行選型和裝配，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)變化對阻尼力以及活塞桿輸出力的影響規(guī)律。所設計的油氣彈簧可以實現(xiàn)油氣彈簧在“軟”、“硬”狀態(tài)下的切換，并能在一定范圍內對油氣彈簧的剛度和阻尼進行調節(jié)。
　　對自行研制的剛度和阻尼可調油氣彈簧進行靜、動態(tài)性能試驗，靜態(tài)性能試驗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.