基于非线性特征的黏弹性悬架系统减振特性分析

为分析履带式工程车辆黏弹性悬架系统的非线性阻尼减振特性,根据其结构特点和非线性特征,建立该系统两自由度分段非线性振动模型,并由平均法推导出系统固有频率共振区附近的幅频特性方程。以装有黏弹性悬架的某300kW履式拖拉机为应用对象进行研究,分析系统在固有频率共振区附近的非线性特性和阻尼减振性能。讨论了激励幅值、地面刚度、悬架分段非线性刚度、分段线性阻尼系数、车体质量和幅频特性之间的关系,并提出改善系统减振性能的建议。该文的理论与分析方法,可为黏弹性悬架参数与系统减振性能的一致性优化设计提供参考。     

悬挂农具对电液悬挂系统拖拉机振动的影响

悬挂农具设备的拖拉机在行驶过程中的振动会加剧,有时甚至产生很大的俯仰运动。为了研究悬挂农具的存在对拖拉机振动特性的影响,该文在对拖拉机进行运动学和动力学分析的同时,首次详细分析了悬挂机构的运动及受力情况,从而建立了带有悬挂农具的大功率拖拉机整机振动数学模型;用Matlab仿真了拖拉机受到条形水泥障碍激励时的振动情况。研究表明:农具的存在使拖拉机前轮动载系数由O.26增大到0.55;空载拖拉机垂直振动频率为3 Hz,带农具的拖拉机垂直振动频率为2.5 Hz;农具的存在使得拖拉机的俯仰振动显著增加,频率为4.8 Hz;由于悬挂系统的运动与拖拉机机体振动的非线性耦合,一定条件下会表现出频率为10~15 Hz的第3振型的振动;农具的振动使得电液悬挂系统下拉杆铰接点处的力发生相应变化,其垂直分量的大小与农具质心垂直加速度之间存在较好的线性关系。仿真结果与试验结果相吻合,验证了所建数学模型的正确性。所得到的上述结论为拖拉机主动减振控制提供了理论依据。     

间隔阻尼层式支重轮缓冲性能分析

针对传统刚性支重轮减振效果较差的现状,采用一种间隔阻尼层式结构,对支重轮减振性能进行改进。以某型号履带式拖拉机为应用实例,建立其整机缓冲模型及单个支重轮的缓冲模型,导出支重轮幅频特性响应函数。使用Matlab分别对传统的及改进后的支重轮进行仿真对比分析,结果表明新型支重轮可有效地缓冲该拖拉机所受的振动。用ANSYS软件对新型支重轮进行强度分析,表明其强度能满足拖拉机各工况的使用要求。     

拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响

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。     

农具质量对拖拉机悬挂农具系统振动特性的影响

为研究不同悬挂农具质量对拖拉机+悬挂农具系统振动特性的影响,该文以常发CF700型拖拉机(常发集团)为研究对象,用仿真和试验相结合的方法,建立了拖拉机+悬挂农具系统振动微分方程和仿真模型,仿真研究了拖拉机悬挂不同质量农具时拖拉机+悬挂农具系统振动特性,得到悬挂农具质量对拖拉机+悬挂农具系统垂向振动固有频率,俯仰振动固有频率,座椅安装处垂向振动加速度,俯仰振动角加速度,前、后轮动载系数的影响规律。研究结果表明,当悬挂农具质量从0增大到1 000 kg时,拖拉机+悬挂农具系统垂向振动固有频率从3.42逐渐减小到2.74 Hz,俯仰振动固有频率从3.07逐渐减小到1.78 Hz;当行驶速度相同时,座椅安装处垂向振动加速度和俯仰振动角加速度随悬挂农具质量的增大而减小,垂向振动加速度从2.73减小到1.02 m/s2,俯仰振动角加速度从2.56减小到0.82 rad/s2;前轮动载系数从0.09增大到0.33,随悬挂农具质量的增大而增大;速度较低时,后轮动载系数从0.06减小到0.03,随农具质量的增大略有减小,速度较高时,后轮动载系数随农具质量的增大逐渐增大,从0.06增大到0.17。该研究为拖拉机减振系统的设计提供了重要参考。     

气动振动式精密排种器工作参数的分析与仿真

在试验研究基础上,对气动振动式精密排种器振盘及种子的运动理论进行分析,证实了排种器处于稳定工作状态下工作参数的正确性,提出了采用仿真分析方法,将气动振盘系统简化成单自由度有阻尼强迫振动,利用试验数据进行振动仿真。仿真结果表明,得到的系统振动刚度及阻尼等参数可基本反应振动系统的正常工作状态,为气动振动式精密排种器设计提供了相应的工作参数和参考。     

拖拉机后悬挂横向位姿调整的模糊PID控制

针对传统拖拉机后悬挂机构无法实现横向位姿自动调整,难以适应丘陵山地复杂地形作业需求,导致耕深均匀性差、作业效率低等问题,该文设计了—种采用双液压缸进行横向位姿调整的后悬挂系统。首先,对提升臂、提升杆、农具三脚架等构件进行运动学分析,并运用MATLAB对液压缸活塞杆位移与农机具倾斜角度进行仿真,得出当横向倾角为-15°~15°时,液压缸活塞杆位移与角度的函数关系;其次,设计了横向位姿调整机构液压系统,并建立了该液压系统的数学模型;运用Simulink搭建了横向位姿调整系统的液压系统仿真模型,并采用模糊PID控制方法对仿真模型进行控制性能仿真;最后,搭建了拖拉机后悬挂系统控制试验平台,进行了拖拉机后悬挂横向位姿调整试验。结果表明：在预定目标内（±2°~±15°）,最大误差为1%,平均误差为0.7%,仿真的系统调整时间较短,不足0.2 s,试验的调整时间为1 s左右,系统稳定时间仿真和试验都很小,在0.1 s左右,试验和仿真超调量为0 ,符合设计目标,能够满足山地丘陵作业的横向角度调节需求。     

隔振器在拖拉机驾驶室降噪中的应用

在对拖拉机驾驶室振动、噪声及对穿联结式隔振装置的性能进行试验分析的基础上,对原拖拉机驾驶室隔振装置进行了改进设计,取得驾驶室内耳旁噪声下降12dB(L)和3.3dB(A)的良好效果。     

基于LMS Test.Lab的小型农业作业机振动测试与分析

为分析小型农业作业机的模态振型及可靠性,应用LMS Test. Lab测试系统,对JSX5D小型农业作业机进行模态试验与分析,得到其固有频率、阻尼比以及相应的振型等模态参数.试验结果表明该机基频较高,而阻尼比较低,分别为196.72Hz和不大于4.41%,说明该机具有很好的刚度.但扶手部分阻尼比仅为0.57%,为降低工作时的振动强度,应加入合适的阻尼材料;发动机和齿轮箱机械接口的振动方向与该类接口的法线方向一致,说明该类接口的连接刚度较弱,应加强接口的连接刚度,保证作业机的动力输出.     

轮式车辆轮胎动态参数对传动系扭转振动影响的分析

建立了动态变参数轮胎模型。测量了轮胎的切向动态刚度和阻尼,回归出轮胎切向动态阻尼半经验公式。得出了随着轮胎滚动速度的增加,轮胎的切向动态刚度和阻尼逐渐减小的结论。分析了轮胎的动态阻尼对传动系扭转振动的影响。     

履带式车辆黏弹性悬架分数阶模型及其减振效果分析

为了准确掌握黏弹性悬架减振效果及参数影响规律,针对传统整数阶黏弹模型的不足,引入分数阶Kelvin-Voigt模型,建立了考虑结构几何参数的分数阶黏弹性悬架动力学模型,利用Grumwald-Letnikov分数阶导数定义及矩阵函数理论推导出动力学方程数值解。以某型履带拖拉机为例,利用所提模型分析了其黏弹性悬架减振性能,并进行了参数分析,包括黏弹性悬架黏弹件径厚比、分数阶次和激励频率。结果表明,该型悬架具有较好的减振效果,尤其在系统固有频率处效果显著;径厚比与减振效果负相关,分数阶次与减振效果正相关。该研究成果为大功率重载履带黏弹性悬架的开发提供相应的理论基础。     

黏弹性悬架阻尼缓冲件动态接触有限元建模研究

针对履带式车辆黏弹性悬架阻尼缓冲件具有的大变形、严重非线性及不可压缩等特性,建立起300 kW履带式拖拉机黏弹性结构动态接触3D有限元模型.经有限元计算和分析,得到其应力集中区域、"热点"分布和主要破坏方式及其位置等重要特性,并提出了改进建议.经对模型与试验数据的观察发现,二者具有较好的一致性.本文的研究方法和结果可为高性能黏弹性悬架的研发提供参考.     

基于振动能耗散的间隔阻尼层合支重轮参数优化

针对间隔阻尼层合支重轮参数经验选取的不足,本文考虑了阻尼层合结构振动能耗散量对支重轮缓冲效果的影响,对其参数进行优化。建立了间隔阻尼层合支重轮振动能耗散模型;采用ANSYS参数化语言,以振动能耗散最大为目标,在常用工况下对其各层厚度、间隔角度进行优化,并在极端工况下验证了优化后支重轮的力学特性。结果表明,优化后支重轮的应力、应变在合理范围内,其振动能耗散量相对优化前提高了83%。本文的优化结果可为阻尼材料在支重轮中的应用提供参考。     

小型农用履带底盘多体动力学建模及验证

多体动力学建模及仿真是研究履带车辆动力学性能的重要手段,其分析结果是否可信取决于所建立的动力学模型是否准确。该文以自主研制的小型农用履带底盘为对象,运用极限理论和瞬态运动分析法建立了履带底盘的运动学方程,运用拉格朗日法建立了履带底盘的动力学方程,在此基础上,结合履带底盘的拓扑结构分析建立了其多体动力学模型,并通过不同路面环境下履带底盘直线行驶的实车试验与仿真结果的对比分析验证了模型的有效性、可信度。结果表明:硬质、松软2种路面环境下履带底盘直线行驶时的平均速度、侧向偏移量、驱动轮转矩和履带张紧力等仿真分析数据与实车试验结果的相对误差分别为5.00%、2.27%,3.86%、6.83%,3.15%、4.66%,0.15%、0.62%,吻合度较好,说明所建立的履带底盘动力学模型准确度较高。该研究可为后期履带底盘动力学性能的深入研究提供参考模型。     

履带式推土机动力传动系统推土工况建模与仿真

为实现履带式推土机的快速建模,该文从工作方式、系统结构、动力学等多个角度对履带式推土机进行了分析研究。进一步利用Matlab\Simulink对Cruise进行二次开发,在Cruise环境中添加了动载荷模块、履带模块、分动箱模块及液压模块。在此基础上,结合Cruise中完善的动力传动系统模型,实现了履带式推土机直行推土工况的快速建模。利用实车参数对模型标定后进行仿真。推力的仿真结果与试验数据相比,有99.2%的仿真结果误差小于1%;滑转率的仿真结果与试验数据相比,有71.8%的仿真结果误差小于1%。对比结果表明,模型能够对履带式推土机的直行推土工况进行准确地模拟。     

振动和拨辊推送式藠头收获机研制

针对现有根茎类作物收获机用于藠头收获时存在的果土分离不彻底、埋果率高、地形适应性差等问题，该研究研制了基于"杆筛式振动碎土+拨辊推送式多级分离"技术的自走式藠头收获机。对挖掘和果土分离过程中的物料状态和作业机理进行了分析，建立模型计算得到了挖掘装置的位置和深度、杆筛式振动装置的振幅和曲柄转速、拨辊的尺寸和位置等关键参数，基于可调式挖掘装置、杆筛式振动装置、拨辊推送式多级分离装置组成加工了藠头收获机样机。针对研究内容设计了田间挖掘试验和整机性能试验，对以上装置及整机的作业性能进行验证。田间试验表明：该机实际挖掘深度稳定，漏挖率、埋果率、总伤果率分别为0.31%、3.20%、5.87%，有效收获率为93.23%。整机结构及布局合理，性能稳定，能够满足当前丘陵山区条件下藠头机械化收获的需求。     

黏弹性材料动态力学性能的分数阶时温等效模型与验证

为构造一种更加精准的黏弹性时温等效模型,基于黏弹性阻尼材料的分数阶本构关系和Vogel-Fulcher-Tammann黏度方程,结合WLF(Williams-Landel-Ferry)方程,提出了黏弹性阻尼材料动态力学性能的分数阶时温等效模型(fractional time-temperature superposition model,FTTSM),导出频率转化因子,并给出参数识别方法。在DMA(dynamic thermomechanical analysis)试验数据的基础上,对比研究了FTTSM和WLF两种模型,并应用分数阶Kelvin-Voigt模型对二者在参考温度5℃的主曲线进行了验证。结果表明,FTTSM和WLF所表征的频率转化因子在温度范围(–80~80℃)内最大相对误差为0.984 4%,FTTSM主曲线和WLF主曲线相对于Kelvin-Voigt模型理论预测值的均方根误差(RMSE)分别为1.291和1.834 MPa,验证了FTTSM的精确性。另外FTTSM主曲线扩展的最低频域低于WLF主曲线2个数量级,证明FTTSM对黏弹性动态力学特性具有更广泛的预测能力。为黏弹性材料动态性能预测、物理老化、蠕变损伤演化机理等研究提供理论参考。     

Changes in the rheological properties and bulk density of soddy-podzolic soils under dynamic loads

Field studies of the rheological properties of loamy sandy soddy-podzolic soils were performed. Within the studied ranges of the soil moistening and bulk density values, the soils behaved as viscoelastic bodies. The dynamic deformation of such soils under compressive stress was modeled by a differential equation of the first order linking the compressive stress, the rate of its changes, and the relative soil deformation in the vertical direction. Correlative relationships between the viscoelastic soil properties, the soil bulk density, the soil water content, and the angular frequency of the harmonic law of the soil deformation were obtained. The methods of calculation of the soil bulk density as dependent on the initial bulk density and the mode of the soil deformation upon cyclic loads by rigid cylinders and by elastic wheels were developed. These methods were realized in a computer program for the quantitative assessment of the effect of the major factors on the changes in the rheological properties, the indices of the soil deformation, and the soil bulk density under the impact of compressive loads. It was shown that an increase in the number of loading-unloading cycles leads to the transformation of the viscoelastic soil properties into elastic properties.     

Mathematical simulation and calculation of the soil compaction under dynamic loads

The deformation and compaction of loamy sandy soddy-podzolic soils under linear dynamic changes in the compressive stresses and in the course of the soil creeping were studied in field experiments. The rheological properties of these soils occurring in the viscoelastic state were described by a first-order differential equation relating the compressive stresses, the rates of their changes, and the velocities of the relative vertical compressive deformation. Regression equations were derived for the viscoelastic properties of the studied soil as functions of its density, moisture, and linear compaction velocity. Methods were proposed for the calculation of indices of the stress-strain state and the compaction of soils under specified conditions of changes in their compressive stresses with time and in the course of the soil creeping after the initial linear increase in load. Corresponding computer programs were developed. The effect of the main factors due to the linear increase in the compressive loads and in the course of the soil creeping on the rheological properties, the stress-strain state, and the density of soils was quantitatively estimated. The calculation showed that the values of the soil deformation and the density under compressive stresses lower than the ultimate strength were stabilized with time, and the properties of the viscoelastic soil approached elastic ones.