基于油氣彈簧的拖拉機前橋懸架系統(tǒng)的設(shè)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(shù)的研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shù)，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(yīng)用于非道路車輛中，而國內(nèi)還處于研發(fā)階段，并沒有實際應(yīng)用，

2、有關(guān)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(shè)計剛度和阻尼可調(diào)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(xué)模型。仿真研究油氣彈簧各結(jié)構(gòu)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(yīng)特性進行臺架試驗。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(shè)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(yīng)函數(shù)，并理論推導(dǎo)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(zhì)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(diào)的油氣懸架系統(tǒng)，設(shè)計油氣懸架系統(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，計算油氣彈簧的主要結(jié)構(gòu)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(shè)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(nèi)對油氣彈簧的剛度和阻尼進行調(diào)節(jié)。
　　對自行研制的剛度和阻尼可調(diào)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.