基于分层控制的大功率拖拉机前桥悬架减振系统研究

大功率轮式拖拉机质量大、车身重心高,在高速运输作业时受路面不平度影响,易产生剧烈的颠簸振动,直接影响拖拉机操纵稳定性和行驶平顺性,甚至危及行驶安全。基于此,综合考虑大功率轮式拖拉机车身振动加速度与悬架动挠度的变化及悬架系统充放油过程中的非线性控制等问题,提出了适用于大功率轮式拖拉机前桥悬架减振系统的设计与控制方案。首先,设计了前桥悬架减振系统,建立了带前桥悬架的1/4拖拉机振动模型;其次,在充分考虑前桥悬架控制系统特点的基础上,建立了基于参考天棚地棚模型的分层控制算法,构建了Matlab/Simulink仿真模型,并与常规PID算法对比分析,结果表明分层算法的控制性能优于常规PID控制;最后,搭建了前桥悬架系统硬件在环仿真平台和室内试验平台,开展了悬架减振控制策略和控制效果的试验验证。试验结果表明,基于参考天棚地棚模型的分层控制算法能快速调整控制参数,所设计悬架系统的车身振动加速度均方根降低至2.36 m/s^(2)左右,较被动悬架下降55.8%,同时悬架动挠度的均方根被限定在较小范围内,明显优于被动悬架系统,满足大功率轮式拖拉机前桥悬架的减振需求,且试验结果与仿真结果能较好地匹配,验证了减振方案的有效性。该研究可为大功率轮式拖拉机前桥主动悬架系统的研发提供理论参考。

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。

大功率拖拉机悬浮式前桥悬架插装式比例阀建模与设计

悬浮式前桥作为大功率轮式拖拉机的关键零部件,对衰减因路面扰动激励而产生的振动有着重要作用,而插装式比例阀为悬浮式前桥系统的振动控制过程提供了重要保障。本文设计了用于前桥悬架系统的插装式比例阀液压系统回路,并对工作机理进行了分析,建立了非线性数学模型,明确了设计部件与悬架性能之间的内在关联,通过部件参数的设计优化,可实现多种模式的前桥悬架阻尼调节。为降低设计参数的不确定性及设计方案的重复性,采用田口设计方法,选择蓄能器状态、节流阀孔径等因素作为设计因子,以阶跃和正弦激励作为噪声因子,设计了6因子混合水平的田口实验方案,并对设计方案进行信噪比和均值的方差分析。结合AMEsim仿真模型对设计方案进行验证分析,得到基于悬架输出力、簧载质量振动加速度评价指标的最优配置设计,并对其设计方案进行动态特性分析。结果表明:当负载阶跃变化时,约2 s内,液压油缸两腔压力可调整至平衡位置;当路面阶跃激励时,插装式比例阀可快速响应,调整时间小于0.5 s,系统可达到稳定状态,满足大功率轮式拖拉机前桥悬架运输作业工况下的减振需求。

剪式座椅和前桥空气悬架匹配对拖拉机振动特性的影响

以常发CF700型拖拉机为研究对象,基于MATLAB/SIMULINK为研究平台,选用布置空气弹簧的剪式座椅悬架和前桥空气悬架,建立拖拉机系统的四自由度平面振动模型。通过仿真分析得到,拖拉机机身质心垂向加速度均方根值、俯仰角方向加速度均方根值、座椅垂向加速度均方根值以及前轮胎动载荷均方根值较无悬架拖拉机系统分别下降了16.92%、36.82%、32.71%和20.57%。在GB/T 10910-2004规定的100 m较平滑跑道上对样机进行振动测试并与同等条件下的仿真结果对比,结果表明平均误差率为11.37%,在可接受的范围内,仿真结果可以真实反映拖拉机的振动趋势。

拖拉机前桥油气悬架系统振动响应特性试验研究

以常发CF700型拖拉机为研究对象,对拖拉机前桥油气悬架进行了研究。建立前桥悬架拖拉机3自由度振动模型,运用MATLAB/SIMULINK仿真研究前桥悬架参数对拖拉机振动特性的影响,综合考虑选取前桥悬架刚度系数120~160 k N/m,阻尼系数8~10 k N·s/m。根据拖拉机前桥悬架的参数要求,设计了刚度和阻尼均可调的油气弹簧悬架系统。建立了1/4拖拉机振动模型,模拟拖拉机前桥悬架的实际工况载荷,对自行设计的油气弹簧进行了1/4车体试验,试验研究了悬架位移传递率及簧上质量的振动加速度响应特性。试验结果表明:位移传递率随激振频率的增高而减小,并没有出现共振的现象,整个振动过程呈现过阻尼的状态;振动加速度均方根值随激振频率的增高而增大,而簧上质量的响应振动加速度都明显小于激振台的振动加速度,轮胎动载荷响应随着正弦激振频率的增大而逐渐增加。所设计的油气弹簧有效地抑制了振动,能够提高拖拉机的行驶平顺性和乘坐舒适性。该研究为后期开发前桥悬架半主动油气弹簧系统提供了重要的理论依据。

国外部分公司的拖拉机用弹性悬架前桥结构简介

近年来,国外一些主要拖拉机公司生产的拖拉机产品,采用弹性悬架前桥的越来越多.装用弹性悬架前桥的好处是极大地提高了驾驶操纵的舒适性和在公路上进行运输作业时的安全性.另外,采用这种新结构也可改进拖拉机在田间的牵引性能.国外各主要拖拉机公司均研制有自己独特的弹性悬架前桥结构,下面将有关公司的拖拉机系列产品所采用的弹性悬架前桥结构特点作一简单介绍.