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

论文摘要

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。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 非道路车辆概述
• 1.1.2 拖拉机振动的现状及危害
• 1.1.3 驾驶室悬架的意义
• 1.2 国内外研究现状和应用
• 1.2.1 非道路车辆驾驶室悬架研究现状
• 1.2.2 多自由度减振系统研究现状
• 1.3 本文研究的目标和内容
• 第二章 驾驶室六足并联悬架布置
• 2.1 驾驶室六足并联悬架及其布置概述
• 2.2 六足并联悬架静平衡
• 2.2.1 空间任意力系静力平衡原理
• 2.2.2 模型描述
• 2.2.3 六足并联悬架静平衡方程建立
• 2.3 驾驶室六足并联悬架系统质量特性
• 2.3.1 某型拖拉机驾驶室质量特性
• 2.3.2 拖拉机驾驶员质量特性
• 2.3.3 六足并联悬架质量总分布及其质量特性
• 2.4 六足并联悬架系统解耦
• 2.4.1 振动系统解耦
• 2.4.2 振动系统解耦方法
• 2.5 驾驶室六足并联悬架结构
• 2.6 本章小结
• 第三章 驾驶室六足并联悬架系统的动力学理论模型
• 3.1 理论基础
• 3.2 有阻尼自由振动的动力学模型建立
• 3.2.1 模型描述
• 3.2.2 模型建立
• 3.3 模型分析
• 3.3.1 传统多自由度振动系统数学模型
• 3.3.2 数学模型比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 驾驶室六足并联悬架系统参数优化设计
• 4.1 单自由度振动系统规律
• 4.2 驾驶室六足并联悬架系统约束条件
• 4.2.1 驾驶室六足并联悬架系统固有频率约束
• 4.2.2 驾驶室六足并联悬架系统阻尼比约束
• 4.2.3 驾驶室六足并联悬架系统耦合性约束
• 4.3 驾驶室六足并联悬架系统参数优化
• 4.3.1 多目标非线性规划概述
• 4.3.2 驾驶室六足并联悬架系统参数
• 4.3.3 基于Matlab驾驶室六足并联悬架系统参数优化设计及结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 驾驶室六足并联悬架系统平顺性分析
• 5.1 拖拉机平顺性概述
• 5.2 驾驶室橡胶衬垫悬置拖拉机平顺性实验
• 5.2.1 实验准备
• 5.2.2 实验步骤
• 5.2.3 实验结果及分析
• 5.3 驾驶室六足并联悬架系统动态特性仿真及平顺性评价
• 5.3.1 虚拟样机
• 5.3.2 驾驶室六足并联悬架仿真模型建立
• 5.3.3 驾驶室六足并联悬架仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 后续研究建议与展望
• 参考文献
• 附录一 optimization.m函数
• 附录二 车速12km/h车身三向振动加速度值时间历程
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的论文