非路面车辆驾驶室六足并联悬架系统设计及动态特性研究

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非路面车辆的行驶环境复杂且恶劣,其振动强度远远高于路面车辆。在高强度振动的暴露中,降低了乘坐的舒适性,对车辆及车载货物造成损害,降低操作稳定性影响行驶安全,而且加剧土壤压实破坏生态环境。本文选取某拖拉机为研究对象,鉴于非路面车辆系统振动的多维性,提出一种驾驶室六足并联悬架,为驾乘人员提供六自由度的减振。在研究国内外多自由度减振现状基础上,本文主要采用静平衡方程探讨六足并联悬架布置方式,运用拉格朗日方程建立该系统运动微分方程,结合线性振动理论,运用Mat Lab进行参数优化设计,在ADAMS中分析该悬架系统的平顺性。本文主要内容有:1、在悬架系统处于静平衡位置时,通过研究该系统的静平衡方程,结合弹性—阻尼元件运动特性,以及初步解耦判定,选取该悬架系统的布置方式。质量特性是悬架系统的重要特性,通过Por-E模型测量获得某拖拉机驾驶室质量特性,根据国标建立人体质量分布模型获得人—椅质量特性,根据质量特性合成理论,计算出驾驶室—驾驶员—座椅整体质量特性。2、采用拉格朗日方程,建立驾驶室六足并联悬架系统有阻尼自由振动运动微分方程,获得其质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵。3、根据线性振动理论中移频法,结合人体敏感频率、整车共振频率,确定驾驶室悬架的固有频率范围。综合考虑解耦性约束和阻尼特性约束,运用Mat Lab多目标非线性规划函数,对几何参数(偏移量a、悬架高度h)和物理参数(支链刚度系数k、阻尼系数C)进行优化设计。获得优化结果,偏移量a=55mm、悬架高度h=210mm、刚度系数k=10700N/m,阻尼系数C=1300N·s/m。4、利用LMS测试系统,在标准跑道上对装有橡胶衬垫悬置的常发CF700车身、驾驶室、座椅的三向加速度测量,获得车速5km/h、10km/h、12km/h下车辆平顺性评价,并且获得车身在12km/h时速时三向加速度时间历程。将驾驶室刚体化考虑,输入系统质量特性(质量、惯性张量、质心位置),完成弹簧—阻尼连接,设置车架的三向加速度激励,并且选择测量对象,在ADAMS中建立驾驶室悬架动态特性仿真模型。运行模型后,获得各测量点的加速度或角加速度测量数据,并进行分析。驾驶室六足并联悬架系统中驾驶员全身振动加速度加权均方根值为3.068m/s2,略高于中国拖拉机振动验收标准,比驾驶室橡胶衬垫悬置只装座椅悬架的加速度加权均方根值5.368m/s2要小很多。
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