非道路車輛座椅懸架一體式減振支柱的研制及特性分析.pdf

1、與普通道路車輛相比，非道路車輛行駛環(huán)境較差，振動沖擊較為明顯。研究顯示，在駕乘人員工作過程中，車輛由于路面激勵產(chǎn)生的低頻振動強度較高，長期作業(yè)時，振動對人體頭、脊柱、腿和內(nèi)臟等器官都會造成傷害，且易增加駕駛員疲勞感，降低工作效率。隨著人們生活質(zhì)量的提高，對非道路車輛的乘坐舒適性要求越來越高，從而其減振裝置的設計尤為重要。相對于車輛其它方式的懸架減振，采用座椅懸架減振是最經(jīng)濟、簡單和直接的方法，不會影響拖拉機使用性能。而座椅懸架中，采用半

2、主動懸架的減振方式是近年來的研究熱點。目前，國內(nèi)外座椅半主動懸架普遍采用彈簧與減振器并聯(lián)的形式，將阻尼和剛度作為兩個獨立的參數(shù)分別進行控制。
　　本課題對水田硬底層不平度進行評價，并對水田工況下拖拉機的行駛平順性進行分析，得出拖拉機前橋、后橋及座椅椅面的固有頻率范圍。結(jié)合帶附加氣室空氣彈簧及磁流變減振器工作原理及設計方法，本文提出了適用于座椅懸架的新型一體式減振支柱的設計方案，減振支柱中減振器主體采用磁流變液可以實現(xiàn)阻尼無級調(diào)節(jié)。

3、通過調(diào)節(jié)主、附氣室之間氣流流通面積，可以實現(xiàn)剛度的無級調(diào)節(jié)。根據(jù)隔振原理，計算了設計的減振支柱各結(jié)構(gòu)參數(shù)以及各部件所需材質(zhì)，并利用ANSYS有限元分析軟件對減振支柱中磁路產(chǎn)生的磁場進行仿真，驗證磁路的可靠性。研制了一體式減振支柱，設計了減振支柱的臺架試驗系統(tǒng)，分別研究其靜剛度和動態(tài)輸出力特性。具體內(nèi)容包括:
　　1.選取南京市江浦農(nóng)場農(nóng)學試驗中心粘性水稻土為試驗用地，采用輪胎滾動法，通過自行設計的測量裝置測取水田硬底層高程隨路面長

4、度變化的曲線，對數(shù)據(jù)進行處理分析。結(jié)果表明，水田硬底層輪廓高程具有統(tǒng)計相關(guān)性，高程變化是平穩(wěn)隨機過程;路面不平度系數(shù)Gx(0.1)=316.7×10-6m-3，頻率指數(shù)w=-1.651，路面空間頻率低于0.7m-1(波長λ≥1.43m)，水田硬底層的路面等級為C，而高于0.7m-1(波長λ≤1.43m)，硬底層的路面等級在D到E之間。
　　2.根據(jù)輪胎-濕軟水田土壤系統(tǒng)建立了水田工況下拖拉機三自由度平面振動模型;以測得的路面縱斷面

5、曲線為激勵，根據(jù)CF700型拖拉機主要參數(shù)，仿真拖拉機在水田工況下前橋、后橋、座椅椅面垂向振動固有頻率，并將仿真與試驗進行對比。結(jié)果表明，試驗得到的拖拉機前橋、后橋、座椅椅面的垂向振動固有頻率分別為2.91Hz、3.6Hz、2.5Hz，仿真得到的振動固有頻率依次為3.49Hz、3.34Hz、2.9Hz，試驗與仿真結(jié)果相對誤差分別為19.9％、7.2％、16.0％;表明各測試點試驗與仿真的相對誤差均在允許范圍內(nèi)，試驗結(jié)果與仿真結(jié)果具有較好

6、的一致性;并通過仿真結(jié)果評價座椅懸架的減振性能。
　　3.針對CF700型拖拉機座椅懸架系統(tǒng)減振性能差的問題，本文提出了一種用于車輛座椅懸架的新型減振支柱，其主要由附加氣室、空氣彈簧、磁流變減振器三部分按照同軸一體式布置方式組成;其中，空氣彈簧與附加氣室構(gòu)成帶附加氣室的空氣彈簧，并通過安裝在軟管上的比例流量閥調(diào)節(jié)空氣彈簧氣室與附加氣室之間的氣流流通面積，磁流變減振器采用剪切流動混合工作模式，由于磁流變減振器浮動氣室與空氣彈簧氣室相

7、通，使得阻尼與彈性元件間存在動力學關(guān)聯(lián)作用。根據(jù)人體敏感頻率范圍及座椅安裝處固有頻率，確定座椅懸架固有頻率范圍，并設計減振支柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，選取減振支柱各部件所需材料。
　　4.根據(jù)設計的減振支柱磁路結(jié)構(gòu)參數(shù)及材質(zhì)，在ANSYS軟件中建立了磁路仿真模型，通過線圈在最大載荷下產(chǎn)生的磁場強度，驗證磁路設計的可靠性。通過ANSYS軟件分析不同輸入電流下，減振支柱阻尼間隙處的平均磁場強度，確定試驗時輸入減振支柱電流;根據(jù)帶附加氣室空氣彈簧等

8、效剛度及等效阻尼高斯模型，選擇試驗用的比例閥，確定減振支柱試驗中比例閥的輸入電壓。
　　5.對研制的減振支柱靜剛度及動態(tài)輸出力特性分別進行了臺架性能測試試驗。根據(jù)空氣彈簧靜剛度測試原理，構(gòu)建減振支柱靜剛度試驗測試系統(tǒng)，在初始氣壓分別為0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa時，測取彈簧“彈性力-行程”及“內(nèi)壓-行程”曲線;根據(jù)不同激振速度、空氣彈簧壓力和比例流量閥輸入電壓及減振支柱輸入電流變化對減振支柱動態(tài)輸出力的影響，構(gòu)建減振支

9、柱動態(tài)輸出力試驗測試系統(tǒng)。本課題僅研究了初始氣壓為0.3MPa時，不同激振速度、線圈電流及比例閥輸入電壓對減振支柱輸出力的影響規(guī)律。
　　通過本課題的研究，了解到農(nóng)村水田土壤硬底層路面等級，為面向水田作業(yè)車輛振動研究提供路面參考模型，驗證了水田工況下基于輪胎-濕軟水田土壤拖拉機三自由度平面振動模型的有效性，為拖拉機懸架系統(tǒng)振動特性參數(shù)的設計提供依據(jù)。并且通過對減振支柱的靜剛度及動態(tài)輸出力的試驗研究，系統(tǒng)掌握了其動力學特性，為進一步