拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响
2021-03-09
来源:步旅网
第31卷 第10期 2015年 5月 农业工程学报 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering v0l_31 NO.10 Mav 2015 29 拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响 伊力达尔・伊力亚斯 ,一,朱思洪 , ,徐 刚 袁加奇 ,(1.南京农业大学工学院,南京210031;2.新疆农业大学机械交通学院, 乌鲁木齐830052 3.江苏省智能化农业装备重点实验室,南京210031) 摘要:拖拉机长年行驶在田间和路况较差的农村土路上,且减振装置简陋,其振动尤为剧烈。为降低拖拉机的振动,以 江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,建立了前桥悬架拖拉机三自由度振动模型,以机身垂向振动加速度、机身俯仰 振动角加速度、座椅安装处垂向振动加速度、前后轮动载荷以及前桥悬架动挠度作为评价指标,对前桥悬架刚度和阻尼 系数进行了优化匹配,得到了前桥悬架刚度和阻尼系数的最佳匹配值(120 000 N/m、8 000 N・s/m)。计算并比较了安装前 桥悬架拖拉机和无悬架拖拉机的振动特性。当拖拉机以3~18 km/h行驶速度在国标D级路面上行驶时,安装前桥悬架拖 拉机的机身垂向振动加速度均方根值和俯仰振动角加速度均方根值平均下降24.03%和42.46‰座椅安装处垂向振动加速 度均方根值平均下降29.77%;前轮动载荷平均下降21.72%。研究结果表明,拖拉机前桥悬架对提高拖拉机的乘坐舒适性 和行驶安全性具有显著作用。该研究结果为拖拉机前桥悬架的设计及优化提供了参考。 关键词:拖拉机;振动;模型;前桥悬架;参数匹配 doi:10.11975/j.issn.1002—6819.2015.1O.004 中图分类号:S219.1 文献标志码:A 文章编号:1002—6819(2015)一10—029—08 伊力达尔・伊力亚斯,朱思洪,徐31(10):29--36.刚,等.拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响[J].农业工程学报,2015, http://www.tcsae.org doi:10.11975 ̄.issn.1002—6819.2015.10.004 Yilidaer・Yiliyasi,Zhu Sihong,Xu Gang,et a1.Front axle suspension parameters match and its impact on vibration characteristics oftractor[J].Transactions ofthe Chinese Society ofAgricultural Engineering(Trnsaactions ofthe CSAE),2015,31(10):29—36. (in Chinese with English abstract)doi..10.11975/j.issn.1002—6819.2015.10.004 hap://www.tcsae.org 0 引 言 与小汽车、客车和载货汽车相比,拖拉机长年行驶 在田间和路况较差的农村土路上,且减振装置简陋,其 振动尤为剧烈。拖拉机的剧烈振动不仅会对驾驶员的身 体健康造成严重危害,而且还会造成零部件的疲劳破坏, 严重影响拖拉机的使用寿命【1 】。此外,拖拉机过大的振 动还会加剧农田土壤的压实,降低农作物的产量【6 】。如 何有效地减小拖拉机的振动,提高乘坐舒适性和行驶安 全性以及减小拖拉机振动对农田的损坏是科研人员和拖 拉机制造企业面临的重要研究课题。 拖拉机减振技术的研究一直是国内外众多企业和科 研人员关注的重点【9_1 。Martelli等㈣用多体系统动力学 仿真模型对前桥悬架拖拉机的乘坐舒适性和行驶安全性 进行了研究,发现前桥悬架对改善拖拉机的乘座舒适性 和行驶安全性有一定的作用。Lehtonen等IH】的研究表明, 当拖拉机前端悬挂农具时,前桥悬架减振尤其明显,效 果的好坏则取决于前桥悬架刚度和阻尼系数的匹配。 Massimiliano等【 ]的研究发现安装前桥悬架的拖拉机可 以显著的减小拖拉机的俯仰振动。从上世纪50年代开始, 欧美等发达国家的拖拉机制造企业一直尝试在拖拉机上 采用各种不同的减振装置,包括座椅悬架、驾驶室悬架、 前桥悬架和全悬架等[16-181。美国John Deere公司在其6020 系列和7020系列拖拉机上装用了TSLII型弹性前桥悬架, 提高了拖拉机的牵引力和作业速度,并增加了拖拉机行 驶稳定性;德国Case公司在其CVX系列拖拉机上采用 独立型弹性前桥悬架;德国Fendt公司在Favorit700、800 拖拉机等机型上装用了液压.气动式弹性前桥悬架;英国 JCB公司在其Fastrac系列拖拉机上装用弹性前桥悬架, 并作为拖拉机的标准配置,大大提高了拖拉机的乘坐舒 适性和行驶安全性[19-21】。 受经济发展水平和制造成本的影响,国产拖拉机几 乎都没有安装前桥悬架,有关前桥悬架对拖拉机振动特 性的研究也鲜有报道,拖拉机的振动强度远高于欧美日 等发达国家的拖拉机[22-23】。本文以江苏常发集团CF700 型拖拉机为研究对象,对前桥悬架的刚度和阻尼系数进 行优化匹配,并研究优化匹配后的前桥悬架对拖拉机振 动特性的影响,为拖拉机前桥悬架系统的设计提供理论 依据。 收稿日期:2015-01.19 修订日期:2015-04 06 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51275249) 作者简介:伊力达尔・伊力亚斯,男,新疆乌鲁木齐人,乌孜别克族,讲师, 博士生,主要从事车辆振动方面研究。南京南京农业大学工学院,21003 1。 Emaih yilidaer919@foxmail.com 1 理论计算模型的建立 1.1振动模型的建立 ※通信作者:朱思洪,男,教授,博士生导师,从事机械系统动力学及控制, 车辆振动方面的研究,南京南京农业大学工学院,210031。 拖拉机是一个复杂的多自由度振动系统,为了研究 方便,做如下假设:1)拖拉机结构及悬架系统关于中心 Emaih zhusihong@njau.edu.ca 30 农业工程学报(http://www.tcsae.org) 2015,正 面左右对称;2)拖拉机左、右轮受到的路面不平度激励 相同,但前、后轮受到的激励不同,后轮路面激励较前 轮路面激励滞后;3)考虑到拖拉机和路面为弱耦合系统, 数值计算时不考虑动弯沉量对拖拉机振动的影响【24】。前 桥悬架采用非独立悬架,考虑到拖拉机结构的对称性, 将振动系统简化为如图1所示的前桥悬架拖拉机三自由 到后桥轴心的水平距离,m;聊为前桥悬架簧下质量, ; Zb为机身质心垂向振动位移,rn;‰为机身俯仰振动角位 移,rad;zf为前桥悬架垂向振动位移,m; 为前轮刚 度,N/m;c 为前轮阻尼系数,N・s/m; 为后轮刚度, N/m:Crt为后轮阻尼系数,N・s/m; 为前桥悬架弹簧刚 度,N/m;c船为前桥悬架减振器阻尼系数,N・s/m;hf为 度振动模型。 注: 为驾驶员与座椅质量之和,kg;0为座椅质心到后桥轴心的水平距 离,m;zs为座椅安装处质心垂向振动位移,m;m6为机身质量,kg;jb为 机身转动惯量, ・m2;f为拖拉机轴距,m;k为机身质心到前桥轴心的水 平距离,m; 为机身质心到后桥轴心的水平距离,m;ms为前桥悬架簧下 质量,kg;Zb为机身质心垂向振动位移,m; 6为机身俯仰振动角位移,tad; 为前桥悬架垂向振动位移,m; 为前轮刚度,N・m~;。 为前轮阻尼系 数,N-S,m。。;“为后轮刚度,N・m- ;ert为后轮阻尼系数,N・S・m~;岛 为前 桥悬架弹簧目0度,N・m~;c 为前桥悬架减振器阻尼系数,N・S・m ;hf为前 轮接地点路面高度,m:h,为后轮接地点路面高度,m。 Note:ms are mass of driver and seat,kg; rae horizontal distance of seat centroid from real"axle,m;Zs are seat centroid vertical vibration displacement. m;mb are mass oftractor body,kg; are pitch moment ofinertia oftractor body, 。mZ;z are tractor wheelbase,m;lbf are horizontal distance from body centroid to rfont axle,m;lbr rae horizontal distnace from body centroid to rear axle,m;my are front axle suspension unsprung mass,kg; are vertical vibration displacement of tractor body centroid,m; 6 are pitching vibration angular displacement oftractor body,rad;zfare vertical vibration displacement oftractor front axle suspension,m; are front wheel stiffness,N‘m- ; are front wheel damping,N‘S‘m。。; rae rear wheel stiffness,N‘ ;c are rear wheel damping, N S‘m- ;hj are front wheel ground surface height,m;hr rae rear wheel ground surface height,m. 图l 前桥悬架拖拉机三自由度振动模型 Fig.1 Front axle suspension tractor 3.DOF vibration model 1.2振动微分方程的建立 基于图1所示前桥悬架拖拉机三自由度振动模型, 建立系统振动微分方程如下: m6三6+(c +c )三6+(crflb,一Cfa, ) 一 胁三,+(^|肛+ z6+( Ibr— 加f6,) 一 (1) kf.sZf=Crthr+krthr j b b+ ^llbr—c lbf、)±b+ cr,g+c l f b+ c ,6,三,+(krtlbr一 lbI)Zb+( 嘭+ 芬) +(2) kjoslbsz,=c,tlb,h,+kr,l ̄,hr m r芝f—c血s芝b+c向sl 巾b+ 向s十cn 主f— k缸sZb+k缸st), b+(kyo ̄斗k z r (3 =cnhs+knhf 式中:m6为机身质量,kg; 为机身转动惯量, ・m2; 为机身质心到前桥轴心的水平距离,m; 为机身质心 前轮接地点路面高度,m:h,为后轮接地点路面高度,m。 将其转换成矩阵形式: + }.Il 2 2‰ 2 % %— 22 % %% 仇 tl f }乞] + 一2 氙:, 2o2)0‰纯:,% % %2 ,:, :, j L ,J l - 噍22他 蓑2 % 吒j J-o} = ’ l 2 ,乞, + , l \2\2∞20)zsffr毛2%hfrhf+0r+ f)2 frhhf\ √警 Cfas+Crt √ 丛 / mf 丽Ofas+C ̄ Cfas -kfo,lg +k.1b ̄ 吼 =_乞,: Cr t Y-Cfaslb f orCr tlbr , c# s b = √ , 揣 = = 第1O期 伊力达尔・伊力亚斯等:拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响 31 = r, 丽Crtlbr :、历 .为机身垂向振动加速度,m/s ; .㈤ 为机身俯 ( )分别为机身 1.3拖拉机振动特性评价指标 为研究前桥悬架拖拉机振动特性,选取机身垂向振 式中: 仰振动角加速度,rad/s Hz ,( )、 动加速度、机身俯仰振动角加速度、座椅安装处垂向振 动加速度、前后轮动载荷以及前桥悬架动挠度作为评价 指标,推导得到各评价指标的理论计算公式,如式(5) 至式(19)所示。 1.3.1机身垂向振动加速度和俯仰振动角加速度 =垂向振动位移相对于前、后轮单位激励的频率响应函数; 国)、H (国)分别为机身俯仰振动角位移相对于前、 ,(。√ [ ,( )+H ,(m)e-iO ̄l/v Gh(f (5) 1 1 zr r、 后轮单位激励的频率响应函数;其表达式如式(7)至式 (10)所示;G^(厂)为路面时间频率功率谱密度,m /s;其 值等于G^(n)/v;G^( )为路面空间频率功率谱密度, m2/m- :,为拖拉机轴距,1TI; 为振动响应的圆频率,rad/s; v为拖拉机行驶速度,km/h。 0 0 Wo2= ̄ +2imcoo % 一 一2icocoo ,l 一缈 + +2icomo仇 % COok ,+2immo% r 钆:,I (7) I2i(o09 f ̄:f+ ,∞ +2icocoo:,% :,% 一 + ,+2icocoo:, l 吖 。J \_0)2+威zb+2icocoo zb专 威zhPlb+2icocoo zb 专 % 一co ̄,::-2icocoo F f\ l +2icocoo% 一c +6 +2icocoo% c 2吼 ,+2icocoo% %z,l \一嘁 b一2icocoo2 专 2b z概+2icocooz z r% 一 + z r+2icocooZf专 \ 0 0 厂 十 一 + zb+2icocoozb zb 哆 , ∞n2 zb一+2icocoo zb芎b b ∞∞ z|zh∞ 2zfzb 号 fzb (8) 改 %+2icocoo 一 ,(国)= CO2+ —zh+2icocoo z5 2 zh一+2icocoo zb专 zh + +2icocoo 40% o z‰成 b。2icocoo h专 zb (0 2 +2icoco毛 z 噍 移 噍 \2icoo ̄P毒zff+ br 嘁zb +2icoo9ozb 毛oz慨 一嘁zbzf。2io9oo f芎 z \ 嘶 f2icoco ̄, ,+0)%2, ~cD +c +2icocoo 岛% 2 ,+2icocoo% , % r J , ( ):; !堕 : 竺 ~ 一 二竺 堕 竺 2鱼2 1 (9) \_∞ +∞ zb+2icocoozb40zb ∞ zb +2icocoozbPb考ozb% 一0)2uz ’2icomozbz r zf l +2icocoo% 钆 一03 +6 +2icocoo% 2%:r+2icocoo%:r % , \一∞ zfzh。2icocooz zb专ozfzb ∞o2z +2icocoozf%专ozf 一国2+嘁zf+2icocoo zf专ozf 一0)2斗嘁zb+2icocoozb暑 2imo9 r毛Zrr+ br一 zbzf。2icooo r芎o j +2icocoo%考o 2icoc% ̄r专 + br 嘁 z +2icocoo zf亏 zf 2%zbzb一∞ z,(co)= 一f:6 2icocoozb zfz8芎 fc 2 %一 0 +2icocoo % 十 z r%一 +∞ :f+2icocooZf芎qzf 0) 2 一(10) 一+嘁zb+2icocoo zb 威 zb+2icOCOoo ̄zb专q 嘁z 一2ia)coo z 芎 zb 。? 纯 z 2icocoo 毛 zf %zf+2icocoo% % %zf一+2icocoo40 zf :, +2icocoo z慨专 h 09 +∞ ,十2icocoo:, 1.3.2座椅安装处垂向振动加速度 =式中: _,加、 u¨。分别为前、后轮动载荷,l(N; ( )‰、 乞+饩( 一 ,) H(co) 分别为前、后轮动载荷的频率响应函数。 式中: 为座椅安装处质心垂向振动加速度, ng ‘; ( ‰=(icoc ̄+ )[ ,,( )+ ,o))e ic ̄l/v_1】(14) (icoc + )[ f(oD+ ,(co)e …、 为座椅质心到后桥轴心的水平距离,m。 1.3.3前、后轮动载荷 = 日( ) +! H ft +lbrH r(co)e “一e_ v u ¨ 式中: ,,( )、 ,,( )分别为前桥垂向振动位移对应 = … 于拖拉机前轮和后轮单位激励的频率响应函数,其表达 式如式(16)和式(17)所示。 32 农业工程学报(http://www.tcsae.org) 2015年 sf( )= (16) , ( )= (17) 1.3.4前桥悬架动挠度 厂=————— ———一 √ 1 (缈) I Q(f)df (18) 式中:Of为前桥悬架动挠度,mill; /=2.2路面功率谱密度 根据1 984年国际标准化组织在ISO/TC 1 08/SC2N67 文件中提出的“路面不平度表示方法草案”和国内由长 春汽车研究所起草制定的GB703 1《车辆振动输入.路面 平度表示》标准的建议,路面功率谱密度G^(玎)用下式表 达 ’】: 厂 、 0 ( ) 为前桥悬 架动挠度频率响应函数。 Ⅳ(国) H:, (缈)P-。 )+ r(国)e-ira --H ̄if( )'(19) 一 日%,(缈)一 % ( ] (玎)=G^( )l Hl (20) 2参数的获取 2.1拖拉机主要参数 式中:G^(,2o)为路面不平度系数,mZ/m- ;n为空间频率, m。; o为参考空间频率,n0=O.1 Ill" ;W为频率指数。 以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,其 主要参数在白行研制的试验台上测得 们,结果如表1 所示。 在分析拖拉机振动特性时,选取国标D级路面,根 据国际路面不平度分类标准1SO8608,其路面不平度系数 Gh(n0)=l 024 ̄10‘  ̄/rn- ;频率指数w=2[28】。 表1 CF700型拖拉机主要参数 Table 1 Key parameters of CF700 tractor 参数名称Parameter rbodymb g s ofacgto数值Values 2 548 … F参数名称P ̄ameter 数值Values 身质量前轮阻尼系数 7R … 5 034 动惯量itchme ftractorbodyJf n iao・、b/(kg..m。) 3 355 rontax.1e surontwhee stiffness F蓦sp桥en母si架on簧uns pr质un gmassm#l (g一 1 枷慷 m N・ ) 4 714 35Horizontal distance rfom body centroid to front axle l }m 1’‘ 0.841 Hront wheel damping /(N m。。) 后轮阻尼系数 Rear wheel damping c(N・S・m 。) n/机身质心到前桥轴心的水平距离 , 机身质心 后桥轴心的水平距离 orizontal distance矗om body centroid to rear axle lh /m ,Rearwhee siffnesSs /(N・ )m 】 1 t枷崾718 608Horizontal distance ofseat centroid from rera axle i /m 座椅质心到后桥的水平距离 n 1 , ~ 3前桥悬架参数的匹配 3.1 前桥悬架刚度取值范围的估算 由前桥悬架偏频计算公式得到前桥悬架刚度岛r珊计算 公式为: :4n ,z2, (21) 刚度取值范围为60 000 N/m ̄< ≤160 000 N/m。 3。2前桥悬架阻尼系数取值范围的估算 根据车辆悬架阻尼比计算公式得到前桥悬架阻尼系 数c 计算公式为: Cfas= 、Jk mbf(22 式中: 为前桥悬架阻尼比。根据车辆悬架阻尼比的建议 式中: 为前桥悬架振动系统的偏频,Hz; 架簧载质量,kg。 为前桥悬 根据拖拉机行驶路面情况和常用速度范围 (v ̄<30 km/h),前桥悬架振动系统的偏频取为,1.3 Hz ≤ 2.1 Hz将其代入式(21)计算并圆整得到前桥悬架 选用范围并考虑拖拉机的实际工况, 的取值范围定为 0.2≤ 三0.4,将其代入式(22)计算并圆整得到前桥悬架 阻尼系数取值范围为2 000 N・s/m≤c缸≤10 000 N・s/m。 以20 000 N/m的间隔,将前桥悬架刚度取值范围 60 000N/m ̄< ≤160 000N/m离散为6个点,分别取为 第lO期 伊力达尔・伊力亚斯等:拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响 33 60 000、80 000、100 000、120 000、140 000和160 000 N/m。 以2 000 N・s/m的间隔,将前桥悬架阻尼系数取值范围 2 000N・s/m≤Cfas≤10 000N・s/m离散为5个点,分别取为 2 000、4 000、6 000、8 000和10 000 N・s/m。计算每个刚 数的增加,座椅安装处垂向振动加速度呈现不同的增大趋 势。在弱阻尼时,随着前桥悬架刚度的增大座椅安装处垂 向振动加速度增幅明显,在大阻尼时,增幅减弱。前桥悬 度和阻尼系数组合对应的拖拉机振动特性参数值,得到 相应的机身垂向振动加速度、机身俯仰振动角加速度、 前后轮动载荷、座椅安装处垂向振动加速度及前桥悬架 动挠度。计算时,拖拉机行驶速度取为15 km/h,路面等 级取为国标D级路面,计算结果如图2至图4所示。 图2为前桥悬架刚度和阻尼系数匹配对机身振动加速 架刚度和阻尼系数的最佳匹配值范围取为60 000 N/m ̄< ‰ ̄<120 000N/m和2 000N。slm< ̄cfas≤8 000 N。s/m。 ,一卜_--- . .蓦g 度的影响。从图2 a中可以看出,机身垂向振动加速度随前 桥悬架刚度和阻尼系数的增加呈现增大趋势;从图2b中可 以看出,在阻尼系数2 000到4 000N・s/m范围内机身俯仰 振动角加速度随前桥悬架刚度的增大而增大,且增大趋势 十分明显,在阻尼系数4000到10000N・s/m范围内则变化 比较平缓。综合考虑机身垂向振动和俯仰振动,前桥悬架 刚度和阻尼系数的最佳匹配值范围取为60 000 N/m< ̄ ≤140 000 N/m和4 000 N‘s/m< ̄Cfas≤8 000 N‘s/m。 辫 a.垂向振动 a.Vertical vibration b.俯仰振动 b.Pitching vibration 图2前桥悬架刚度和阻尼系数匹配对机身振动加速度的影响 Fig.2 Front axle suspension stiffness and damping match effect for tractor body vibration acceleration 图3a为前桥悬架刚度和阻尼系数匹配对座椅安装处振 动加速度的影响。从图3a中可以看出,随着刚度和阻尼系 160 a.对座椅安装处垂向振动加速度的影响 a.For seat—mounted vertical vibration acceleration 楹 b.对悬架动挠度的影响 b.For suspension dynamic deflection 图3前桥悬架刚度和阻尼系数匹配对座椅安装处垂向振动加 速度和悬架动挠度的影响 Fig_3 Front axle suspension stifness and damping match effect for seat—mounted vertical vibration acceleration and suspension dynamic deflection 图3b为前桥悬架刚度和阻尼系数匹配对前桥悬架动 挠度的影响。从图3b中可以看出,在限定的取值范围内, 前桥悬架刚度对悬架动挠度的影响不显著,因此,前桥悬 架刚度取值范围取为60 000 N/m≤七船< ̄160 000 N/m,但前 桥悬架阻尼系数对动挠度影响较大,随着前桥悬架阻尼 系数的增大动挠度呈现明显的减小趋势。阻尼系数的最 佳值范围取为6 000 N・s/m≤c ≤10 000 N・s/m。 图4为前桥悬架刚度和阻尼系数匹配对前、后轮动载 荷的影响。从图4中可以看出,前、后轮动载荷在不同前 桥悬架阻尼系数下,随刚度的增大呈现明显的减小趋势。 综合考虑刚度和阻尼系数对前、后轮动载荷的影响,前桥 悬架刚度和阻尼系数的最佳匹配值范围取为100 000 N/m< ̄ ‰ ̄<160000N/m和2 000N・s/m ̄Cfas≤8 000N・s/m。 农业工程学报(http://www.tcsae.org) 2015矩 蚕『s 篮 加,与无悬架拖拉机相比,座椅安装处垂向振动加速度 平均降低29.77%。 tL a.前轮动载荷 a.Front wheel dynamic load g ∞蚕 恹露 景 蜷匠 幂 ∞苫 收露越瑙最 需 肇窜蟓罨 亮一Ils%g焉Jql一 pt|JJ4 3 30 5 Ob.后轮动载荷 b.Rear wheel dynamic load 图4前桥悬架刚度和阻尼系数匹配对悬架动挠度的影响 Fig.4 Front axle suspension stifness and damping match effect for suspension dynamic deflection 4前桥悬架对拖拉机振动特性的影响 拖拉机前桥悬架刚度和阻尼系数的最佳匹配值‰ 120 000N/m和c =8 000N・s/m,用机身垂向振动加速度、 机身俯仰振动角加速度、前后轮动载荷以及座椅安装处 垂向振动加速度作为评价指标,研究前桥悬架对拖拉机 振动特性的影响,并与无悬架拖拉机振动特性进行比 较。根据拖拉机作业时常用行驶速度,其速度变化范围 取为3~18 kmlh,以3 km为间隔取6个离散点,分别 为3、6、9、12、15和18km/h,计算得到拖拉机在国 标D级路面上行驶时的振动特性,结果如图5至图7 所示。 4.1机身振动加速度 图5为机身振动加速度随拖拉机行驶速度变化规律。 从图5中可以看出,拖拉机机身垂向振动加速度和俯仰 振动角加速度均随着拖拉机行驶速度的增加呈线性增 加,与无悬架拖拉机相比,平均降低24.03%和42.46%。 4.2座椅安装处振动加速度 图6为座椅安装处垂向振动加速度随拖拉机行驶速 度变化规律。从图6中可以看出,拖拉机座椅安装处垂 向振动加速度均随着拖拉机行驶速度的增加呈线性增 g 拖拉机行驶速度 Tractor driving speed v/(km h ) a.机身垂向振动 a.Body vertical vibration 一 .目)∞蚕/管与H g焉8—恹毁 8S 景臀鞲叵嘴g g口 》 II Id p0∞ 矗一8譬 2 2 1 l 0 5 0 5 O 5 3 6 9 12 15 18 拖拉机行驶速度 Tractor driving speed v/(km‘h ) b.机身俯仰振动 b.Body pitching vibration 图5机身振动加速度随拖拉机行驶速度变化规律 Fig.5 Body vibration acceleration variation with tractor driving speed 4.3前、后轮动载荷 图7为前、后轮动载荷随拖拉机行驶速度变化规律。 从图7中可以看出,拖拉机前、后轮动载荷均随着拖拉 机行驶速度的增加呈线性变化。与无悬架拖拉机相比, 前轮动载荷平均降低21.72%,后轮动载荷平均上升 38.】】%。 ,s 盈g一 第10期 伊力达尔・伊力亚斯等:拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响 35 ∞蚕 恹露柱 蒋辩柱 Z ∞兰盈 。一31暑 基lp一0 Il享茸0J 9 8 7 6 5 4 3 2 拖拉机行驶速度 Tractor driving speed vl(km h ) a.前轮动载荷 a.Front wheel dynamic load 堇 趸蚕 墨要 2 拖拉机行驶速度 Tractor driving speed v/(km Ir 、 b.后轮动载荷 b.Rear wheel dynamic load 图7前、后轮动载荷随拖拉机行驶速度变化规律 Fig.7 Front and real"wheel dynamic load variation with tractor driving speed 5结论 以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,建立 了前桥悬架拖拉机三自由度振动模型,并以机身垂向振 动加速度、机身俯仰振动角加速度、座椅安装处垂向振 动加速度、前后轮动载荷以及前桥悬架动挠度作为评价 指标,对前桥悬架刚度和阻尼系数进行了优化匹配,研 究了优化后的前桥悬架对拖拉机振动特性的影响,得到 以下结论: 1)前桥悬架刚度 为120 000 N/m,阻尼系数的最 佳匹配值c 为8 000N・s/m。 2)安装前桥悬架的拖拉机机身垂向振动加速度和俯 仰振动角加速度与无前桥悬架时相比分别平均降低 24.03% ̄n 42.46%;座椅安装处垂向振动加速度平均降低 了29.77%;前轮动载荷平均降低21.72%,后轮动载荷却 平均上升38.11%。拖拉机安装前桥悬架后,其垂向振动 加速度和俯仰振动角加速度都有不同程度的减小,特别 是拖拉机的俯仰振动角加速度降低了42.46%,效果尤为 显著,改善了拖拉机的乘坐舒适性。前轮动载荷的大幅 下降使导向轮的离地概率大大降低,使拖拉机的行驶安 全性提高。 研究结果对拖拉机减振系统的设计和前桥悬架系统 的优化提供了参考。 [参考文献] 申仲翰,黄清华,祝发荣,等.运输车辆振动环境与人体 响应的监测研究[J].振动与冲击,2001,20(1):9一l1. 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Front axle suspension parameters match and its impact on vibration characteristics 0f tractor Yilidaer・Yiliyasi ,Zhu Sihong , ,Xu Gang ,YuaN Jiaqi f1.College ofEngineering,NanjingAgricultural University,Nanjing,21003l C ina; 2.College ofMechanical and nsportation.Xin/iang Agricultural University,Wulumuqi.830052 China; 3.JiangsuKeyLaboratoryforIntelligentAgriculturalgqu ment,Nanjing21003l,C ina) Abstract:Compared with cars,buses and trucks,仃actor often drives on the dirt road in the field of rural areas,together with the simple vibration damping device.so the vibration of tractor is particularly intense.Severe vibration of仃actor would cause serious harm to driver’s health.and cause fatigue and failure of仃actor parts and hence seriously affect the life ofthe tractor.In addition,excessive vibration of the tractor will exacerbate farmland soil compaction and reduce crop yields.How to effectively reduce the vibration of tractors to ireprove ride comfort and driving safety and reduce farmland damage is an important research topic for researchers and订actor manufacturing enterprises.The study of foreign scholars have found when he ttractor is installed with front axle suspension.the ride comfort and driving safety is improved.When farm tools hangs on the front of tractor.tractor damping effect depends on the matching between front axle suspension stiffness and damping coeficifent. Installing the front axle suspension of tractor can significantly reduce tractor’s pitching vibration.By he metthOd of theoretical nalysis.the theoreticala system of front axle suspension of仃actor was established,the vibration was analyzed and the theoretical formula was deduced.aiming to provide a theoretical basis for parameter matching of tractor front axle suspension. In this paper.CF700 tractor from Jiang Su Chang.Fa group was taken as the research object.and the heorettical model of rfont axle suspension打actor was established.including plane vibration model of front axle suspension仃actor wim 3 degrees of reedom.vifbration differential equation and tractor vibration characteristics evalu ̄ion.Taking body vertical vibration acceleration.body pitching vibration angular acceleration seat mounted vertical vibration acceleration,front and rear wheels’ dynamic lpad and front axle suspension dynamic deflection as the evaluation means.theoretical calculation method was adopted to optimize the matching of ront axle suspension stiffness and damping coefficient,geRing the best matchifng value between front axle suspension stiffness and damping coe娟cient(120 000 N/m.8 000 N・s/m).Calculate and compare the vibration characteristics of the tractors instalied wih and twithout front axle suspension.When the tractor traveled on the roads of Grade D in intemational standard with the speed Of 3.1 8 km/h,the root mean square values of body vertical vibration acceleration and pitching vibration angular acceleration of the tractor installed with front axle suspension averagely decreased bv 24.O3%and 42.46%。respectively,and those of seat.mounted vertical vibration acceleration and front wheel’s dynamic load averagely decreased bv 29.77%and 2 1.72% respectively.The results show that the tractor installed with front axle suspension plays signiicant role to ifmprove ride comfort and driving safety.The findings provide a theoretical basis and a certain reference value for the design and optimization of ractor ftront axle suspension. Key words:tractor;front axle suspension;parameter matching;vibration characteristics