轮式车辆动力传动系自激振动研究(Ⅲ)——自激振动系统的稳定性分析

该文建立了整车振动系统（包括整车垂直振动系统、整车纵向振动系统和动力传动系统）的力学模型，对整车振动的非线性运动微分方程在平衡点附近线性化，根据当量线性化系统在状态空间中的特征值判断系统的稳定性，并作出了影响系统在外界参数空间的临界稳定曲面，为研究抑制自激振动的措施提供理论依据     

高地隙折腰式水田多功能动力底盘设计与试验

针对目前水田农用底盘通用性差、转弯半径大、离地间隙低、田间行驶及爬坡越埂稳定性差等问题,结合东北地区水稻种植模式和农艺要求,该文设计了一种高地隙折腰式水田多功能动力底盘,阐述分析了底盘整体结构、传动系统与工作原理.在静态弯曲和扭转工况下进行了有限元分析,得到了满载量化状态下车架载荷分布和薄弱部位,有限元分析表明:在满载弯曲工况下,车架所受最大应力发生在平衡装置摇摆轴处为130.70 MPa,最大位移发生在后车架发动机安装梁处为1.56 mm;在满载扭转工况下,车架所受最大应力发生在右后悬架与纵梁连接处为255.44MPa,最大位移发生在车架左纵梁与后横梁连接处为9.44 mm,为后续开展车架薄弱区域的改进与轻量化设计提供重要依据.在此基础上,对动力底盘的转向性能、行驶性能和越埂性能进行了理论分析,并以行驶速度、最小转弯半径、最大爬坡角和最大越埂高度为试验指标,进行了田间性能试验.试验结果表明:多功能动力底盘田间道路行驶速度范围为1～14 km/h,水田行驶速度范围为1～6 km/h,水田行驶最小转弯半径为3 200mm,最大爬坡角为56°,最大越埂高度为533mm,整机工作性能满足田间管理作业要求,提高了水田综合作业的高效性和适用性,实现动力底盘的一机多用.该研究可为水田田间管理作业的有效实施提供综合应用平台和技术支撑.     

基于模态的玉米收获机车架振动特性分析与优化

为研究玉米收获机车架振动特性及其优化方法,该文通过振动测试与模态分析方法,分析车架田间振动特性,并以提高1阶扭转频率为目标优化车架结构。首先,通过有限元建模及模态分析,提取车架固有频率与振型,其次,通过整机田间振动试验,获取车架4个测点处振幅统计特征及功率谱,分析其对车架振动特性的影响,最后,研究车架壁厚和刚度与固有频率的关系,以提高车架1阶扭转频率为目标优化车架。研究结果发现,测点振幅大小依次为:车架后桥上方、发动机横梁位置、发动机纵梁位置、车架前桥上方,其中车架后桥上方振幅已超过发动机振幅,发生共振;模态振型与田间振动试验对比发现,1阶扭转和2阶弯曲模态对车架振动影响较大,引起车架共振主频为9.79 Hz,接近1阶扭转共振频率;发现优化后车架1阶扭转振型位移由7.778下降到3.768,1阶弯曲振型位移由6.83下降到3.651,显著改善了车架振型,1阶扭振频率由15.9927提高到22.4595 Hz,提高车架1阶扭转频率。田间耐久试验表明优化后车架无故障时间由20提高到60 h。该研究可为农机装备的振动特性分析与减振设计提供参考。     

提高农用运输车辆行驶平顺性研究

为改善农用运输车辆在不平路面上的行驶平顺性，建立了五自由度系统振动数学模型，通过模拟计算，探讨了车辆悬架系统参和座椅参数对行驶平顺性影响，并确定了悬架刚度与减振器阻尼的最佳匹配。改进后的试验结果表明，行驶平顺性有明显提高。     

行星排式混合动力汽车传动系扭转振动分析

为了对行星排式混合动力汽车的扭转振动进行分析,以MEEBS混合动力汽车传动系为研究对象,分析了该车传动系统的转速特性,根据传动系各部件的动力学方程,计算了传动系的固有频率及其振型,并通过在发动机和电机激励下的强迫扭振计算,找到了影响传动系扭振的主要因素,结果表明：传动系的低阶固有频率以整车和车轮振动为主,中高频主要是差速器、减速器及行星轮的耦合振动;同时还得出扭转减振器的阻尼和刚度取为15 N·m·s/rad和618 N·m/rad,飞轮的转动惯量取0.42 kg·m2时对改善传动系统扭振响应较好。该研究可为混合动力汽车的振动及噪声性能改善提供参考。     

大型喷杆及其摆式悬架减振系统动力学特性分析与试验

针对摆式悬架减振系统对喷杆动力学行为影响机理的复杂性,利用第二类拉格朗日方法建立了描述喷杆-悬架系统倾斜运动、垂向运动的数学模型。在MATLAB/Simulink中进行了瞬态响应分析、频率响应分析,研究了动力参数对其特性的影响。在此基础上,以某大型喷杆及其摆式减振悬架为试验对象,通过六自由度运动模拟平台输出翻滚和垂向运动激励,采用超声波距离传感器、IVDT位移传感器等进行数据采样分析,测得喷杆瞬态动力学响应及频率响应特性,并与模型预测进行对比,验证了数学模型的准确性。最后通过扫频振动试验确定了系统的频率响应峰值及对应频率,着重分析了阻尼、刚度系数对喷杆振动特性的影响规律:在一定范围内增加阻尼可以减弱系统振荡,增加刚度有利于提高悬架响应速度。研究为大型喷杆悬架参数优化配置提供理论依据与试验方法,有利于中国大型喷杆(大于12 m)动力学特性试验方法、检测标准的完善。     

根轨迹法在控制车辆纵向角振动中的应用

为研究控制轻型车纵向用振动的作用机理,建立了二自由度车辆振动系统模型,利用控制理论的根轨迹法,分析了悬架刚度变化对系统瞬态性能的影响,确定了前、后悬架刚度的取值范围。     

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。     

农用运输车车架载荷研究

计算和试验表明，农用运输车货箱和车架之间的相互作用力是以集中力形式传递的，货箱结构存在对车架强度的贡献不可忽视，作用于车架上载荷位置的变化，对车架强度有显著影响。     

考虑驱动电机激振的电动车油气悬架系统振动分析

电传动车辆中轮边驱动电机壳体振动直接作用于悬架下端,为评价电机激振力对悬架系统的输出影响,在考虑电机—路面不平度耦合激励影响下构建系统运动微分方程组进行分析。应用气体状态方程和油液孔口出流方程建立了单气室油气悬架非线性数学模型,采用麦克斯韦应力法对异步电机竖直方向激振力进行求解,采用白噪声滤波法模拟时域内随机路面,将耦合激励信号作用于系统模型,将悬架输出力和电机激振力带入系统运动方程组联立求得数值解,改变参数可进行多工况下平顺性仿真,并通过实车试验与耦合振动模型进行了对比。结果表明在常见正弦路面激励下,在考虑电机激振影响下系统输出振幅约增大10%且达到稳定所需时间更长。高频激振力使系统加速度功率谱幅值变大,在激振力自身频率段影响明显,不可忽略。通过分析实测数据与仿真数据,验证了耦合激励模型在实车中的有效性;耦合激励模型对电动车悬架及整车平顺设计有指导意义。     

齿轮箱振动与输入能量信号的频域相干分析与关系识别

为了提高旋转设备诊断效率、发展基于设备输入能量信号分析的故障诊断技术,该文提出并论述了输入能量信号分析方法在设备故障诊断技术研究中的有效性。首先从齿轮箱振动机理角度分析了传动能量与振动信号之间的关系,指出轴系扭矩及输入功率是齿轮静态传递误差的激励,进而导致振动信号的产生;其次通过建立齿轮传动能量与振动关系模型,利用相干函数以概率统计的形式揭示了输入能量与振动信号响应之间的关系;最后通过正常与断齿齿轮的对比试验,验证了功率信号的频谱特征与传统的齿轮故障振动频谱相一致,亦具有表征齿轮箱工况的明显作用,同时分析了振动和功率信号的自功率谱和互功率谱,利用相干分析方法,从经典控制理论角度验证了二者所呈现出的强相关性。该文为以能量信号分析为核心的旋转设备故障诊断技术的研究提供参考。     

地轮前置式中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台研制

针对中型免耕覆秸垄作玉米播种机运输和作业转场困难的问题，该研究通过理论分析与虚拟仿真技术相结合，提出中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台装载方案，确定了地轮参数、液压系统和传动系统的布置形式，实现整机作业状态和运输状态的转换，并通过仿真测试液压系统动作顺序，简化液压系统控制流程，保证整机同步升降。仿真分析结果表明，运输时制动状态下的机架强度满足要求，地轮机构具备良好的强度和刚度特性，且存在优化空间。经过轻量化设计后，与优化前相比，辅助型地轮机构质量减少26.72%，兼用型地轮机构质量减少10.96%。样机试验表明，地轮平台可同步抬升整机，并通过拖拉机侧向牵引进入运输状态，作业状态转换用时5 min。该研究将高机动性平台技术应用于中型免耕覆秸垄作玉米播种机上，解决了播种机作业转场困难的问题，也可为宽幅农机装备的转运平台设计提供参考。     

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。     

车辆被动天棚阻尼悬架系统台架试验

为进一步改善悬架系统的隔振性能,开发了被动悬架系统,将理想天棚阻尼的被动实现方法应用于车辆悬架系统。基于"惯容.弹簧.阻尼"机械系统,构造被动天棚阻尼悬架系统,研制被动天棚阻尼悬架试验样机,将2级串联型的被动天棚阻尼悬架"对折",安装于试验用裸车的后部,替换原被动悬架,在四通道轮胎耦合道路模拟机上,对整车进行台架试验。试验结果表明:与传统被动悬架车辆相比,在1~3 Hz频率范围内,被动天棚阻尼悬架车辆左后车身加速度增益下降了37.5%,车辆质心垂直加速度均方根值下降12%左右,改善了车辆的低频频响特性,提高了车辆的乘坐舒适性。试验结果同时也验证了理想天棚阻尼被动实现方法的正确性和可行性。该研究为含惯容器的新型被动悬架系统的设计与完善提供参考。     

基于摩擦阻尼的高地隙农机底盘悬架减振特性

根据高地隙自走式农业机械的行驶作业要求,设计了一种包含尼龙摩擦阻尼装置的独立式立轴空气悬架系统。在此基础上,考虑空气弹簧和橡胶轮胎自身阻尼对悬架减振的影响,建立了具有粘性屈服恢复力摩擦阻尼模型的悬架系统垂向动力学模型,并基于该模型进行了仿真分析。最后,将所设计的悬架系统装配到高地隙玉米去雄机上进行实车试验。仿真和试验结果表明,随着摩擦阻尼力的增大,簧载质量和簧下质量加速度均方根值呈现先减小后增大的趋势,且在1 800 N附近时达到最小;悬架动挠度均方根值在摩擦阻尼力增大的整个过程中都持续减小。在1 800 N的摩擦阻尼力下,对仿真和试验数据进行时域和频域分析可得,簧载和簧下质量共振频率分别为1.2、10.7 Hz和1.1、11.4 Hz;加速度均方根值分别为1.874、8.953 m/s2和1.604、9.653 m/s2。结论表明,试验结果和仿真结果具有很好的一致性,所设计的悬架系统可以较好地衰减振动,具有较高的实用性。     

环模制粒机齿轮减速器动力学特性分析

环模制粒机的内部激励会引起整机振动,振动是导致环模与压辊使用寿命降低的主要原因。该研究针对环模制粒机振动大、关键部件使用寿命短等问题,以SZLH420型环模制粒机减速器为研究对象进行动力学分析与试验。首先基于累积势能法计算齿轮时变啮合刚度,建立斜齿轮传动动力学模型,采用解析法对传动系统进行模态分析和非线性动力学求解,求得最大振幅Y向(水平径向)为0.008 mm、Z向(轴向)为0.004 2 mm、转角为0.000 87°,并通过有限元仿真验证动力学模型和固有频率。最后进行主轴扭矩测试与斜齿轮振动加速度试验。结果表明,整机振动加速度频率与斜齿轮一致,故斜齿轮传动系统对整机振动具有重要影响,其主要振动频率在4.25、9.17、13.86、18.13、23.86、47.53 Hz附近;齿轮振动最大幅值Y向为0.006 mm、Z向为0.004 mm,与动态响应计算对应振幅最大差值不超0.002mm,验证了理论计算的准确性。研究结果可为环模制粒机性能的提高提供理论与试验依据。     

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。     

基于模态置信度准则的插秧机支撑臂模态分析与结构优化

针对高速插秧机栽插机构动力传输过程中的振动问题,该文以2ZG-6DK插秧机为研究对象,分析了栽插系统动力传输方式及工作原理;利用Solid Works软件对插秧机动力传输系统中关键部件支撑臂进行建模,将模型导入ANSYS Workbench并结合Lanczos Method解算方法求解模态固有频率和振型,在此基础上开展基于MAC(modal assurance criterion)准则优化的模态试验,验证了有限元理论分析的准确性。为使支撑臂固有频率避开外部激振频率,在分析外部频率激振特点的基础上,基于ISIGHT多学科软件平台,采用序列二次规划法对支撑臂结构参数进行优化。研究结果表明:优化后支撑臂侧壁腔体厚度5.7 mm、横梁宽度42.0 mm、臂长497.0 mm,前4阶模态频率分别调整至135.17、204.23、483.14和702.32 Hz,均可避开插秧机汽油发动机激振频率范围86.67~120 Hz。优化后1阶频率下振动幅度衰减最为明显,振动幅值最高下降9.4%,支撑臂低频振动特性得到明显改善。研究结果可为插秧机的振动特性分析与减振设计提供参考。