轮式拖拉机减振系统的设计及理论分析
运输状态下拖拉机农具的主动减振控制研究
中图分类号 ： Ｕ ４ ６ １ ． ６
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ — ０ ０ ２ ７ — ０ ３
拖 拉 机 在 田间 和路 上 行 驶 的过 程 中会 引起 机 体 振 动 。有关 资料 表 明 ， 拖拉 机 手在 工作 时 承受 的振动 加 速 度 比汽 车 司机 大 ３ — ７倍 。而在 拖 拉 机 运输 状 态 下 ，由于农 具 的外 形 尺 寸很 大 ，农 具 的 振 动不 可避
铧 式 犁 按 照 与 拖 拉 机 的连 接 方 式 可 分 为 三 类 ： 牵 引式 、 悬 挂式 、 半 悬挂 犁 。悬 挂 式铧 式 犁 在 拖 拉 机
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ７ — １ ０
压缸是非对称双作用缸 ， 其工作原理见图 ２ 所示 。
作者简 介 ： 王智慧 （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 女， 黑龙 江哈尔滨人 ， 在读博 士研究生 ， 研究 方向 ： 机 电一体化技 术。
２ ７
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎ ｏ ． １ ０， ２ ０１ ５
力 系数 ， ‰为滑 阀阀芯位 移 ， Ｐ 为 负载 压力 ， ｐ Ｌ ＝ ｐ － ｐ ： 液 压缸 流量 连续 方程 ：
拉杆 、 提升杆 ； 液压 系 统 由液压 泵 、 主控 制 阀 、 升 降 液
压缸和其它一些 阀类以及一些辅助装 置组成 。拖拉 轮式拖拉机 是 由发动机 、 传动 系 、 行走 系 、 转向 机 农 具 运输 状 态 下 减 振原 理 可 简 化 如 图 １ 所 示 。悬 操 纵系 、 驾驶 室 等一 系 列 构件 所 组 成 的 一个 整 体 ， 本 挂 液 压 缸在 电磁 阀 的控制 下 ， 做 由程 序 规 定 的运 动 ， 课题所研究 的拖拉机 的农具采用铧式犁 ，其结构可 液 压 缸 产 生一 个 与 振 动方 向相 反 的位 移 ，这 样 在 原 以参 考 相关 资 料 。 则上可以做到传递给机架 的作用力等于零 态下农具的振 动 问题 ， 提 出了减振控制策略 ， 并利用 Ａ ＤＡ ＭＳ ／ Ｖｉ ｅ ｗ软件建立拖拉机 的整机
拖拉机前减震器的原理
拖拉机前减震器的原理拖拉机前减震器是拖拉机悬挂系统中的重要组成部分，主要用于减震和稳定车辆行驶过程中的不稳定因素。
其原理是通过利用减震器的弹簧和阻尼器，将车辆行驶过程中产生的冲击力和振动转化为剪切、摩擦和热量等形式的能量，从而减少车身的晃动和震动，提高了车辆的稳定性和乘坐舒适性。
具体来说，拖拉机前减震器的工作原理包括以下几个方面：1. 弹簧系统：前减震器通过装配在车轮和车身之间的弹簧，可以吸收和分散在行驶过程中车轮和地面之间的冲击力。
当车轮经过颠簸路面时，弹簧会被压缩，储存起来的能量会在后续的车轮下沉过程中释放出来，减少车辆的晃动。
2. 阻尼器系统：拖拉机前减震器还配备了阻尼器，通过内部的缓冲装置，可以将在行驶过程中的冲击力通过阻尼作用转化为热量，从而减小车厢内的振动和晃动。
阻尼器的硬度可以通过调整液体的黏度来控制，以适应不同路面的行驶状态。
3. 减震材料：拖拉机前减震器的减震效果还与减震材料的选择有关。
常用的减震材料包括弹簧钢、橡胶等，这些材料具有一定的弹性和耐磨性，能够有效地减少车轮与地面之间的振动和冲击。
4. 结构设计：前减震器的结构设计也影响着其减震效果。
一般来说，前减震器采用伸缩式结构，既能够满足车轮与地面之间的吸收冲击力的需要，又能够提高车身的稳定性。
同时，合理的减震器结构设计还能够降低材料的损耗和延长减震器的使用寿命。
总而言之，拖拉机前减震器的原理是通过弹簧和阻尼器系统共同作用，将行驶过程中产生的冲击力和振动转化为其他形式的能量，从而减少车辆的晃动和震动。
这不仅提高了车辆的稳定性和乘坐舒适性，还能够降低车辆和悬挂系统的磨损，延长使用寿命。
需要注意的是，前减震器的性能和效果还受到材料选择和结构设计的影响，因此在选购和使用过程中需要综合考虑各种因素，以提供最佳的减震效果。
减震设计的一般思路
减震设计的一般思路随着交通工具的发展和使用频率的增加，减震设计在机械工程中扮演着重要的角色。
减震设计的目的是减少机械设备在运动过程中的振动和冲击，提高设备的稳定性和使用寿命。
下面将介绍减震设计的一般思路。
减震设计需要对机械设备的振动特性进行分析。
通过实验或数值模拟的方法，可以获取机械设备在不同工况下的振动频率、振动幅值等信息。
这些信息有助于了解机械设备的振动特性，为后续的减震设计提供依据。
减震设计需要确定减震的目标。
根据机械设备的具体要求和工作环境，确定减震设计的目标，例如减少振动幅值、降低噪声水平等。
减震设计的目标应该与机械设备的性能要求相匹配，既不能过于保守，也不能过于激进。
然后，减震设计需要选择合适的减震器。
减震器是减震设计中的关键部件，其选择应根据机械设备的质量、振动频率和工作环境等因素进行。
常见的减震器包括弹簧减震器、液体减震器、气体减震器等。
不同类型的减震器具有不同的特点和适用范围，因此需要根据具体情况进行选择。
接下来，减震设计需要进行减震器的参数设计。
减震器的参数设计包括弹簧刚度、阻尼系数等。
这些参数的选择应根据机械设备的振动特性和减震设计的目标进行。
合理的参数设计可以有效地减少机械设备的振动幅值，提高减震效果。
减震设计需要进行减震系统的优化。
减震系统的优化包括减震器的布置、减震器的数量等。
通过合理的优化设计，可以使减震系统的整体性能达到最佳状态，提高机械设备的减震效果。
减震设计的一般思路包括分析机械设备的振动特性、确定减震的目标、选择合适的减震器、进行减震器的参数设计和优化减震系统。
减震设计的目标是提高机械设备的稳定性和使用寿命，减少振动和冲击对设备的影响。
通过科学的减震设计，可以有效地改善机械设备的工作环境，提高设备的工作效率和安全性。
因此，减震设计在机械工程中具有重要的意义。
农业机械的振动问题与减振方法的研究
农业机械的振动问题与减振方法的研究摘要：在近些年来，我国的大部分地区的农业均已采取了机械化生产，这不仅仅减轻了农民的农业生产负担，同时也提高了农业生产的效率。
当然，在有些机械中也存在着一些问题，比如机械的振动问题。
因此，本文就农业机械的振动问题进行研究，并且提出减振方法。
关键词：农业机械；振动问题；减振方法；研究1 前言在机械的振动中，有些振动是难以避免的，但是作为工作人员，我们需要做的是减小机械振动，从而提高农业机械在运行中的性能。
2 农业机械发展现状现代农业机械降低振动与噪声，可以提高农业机械的零部件寿命，并且可提高工人工作时的舒适程度。
采用合理的减振措施已成为现代农业机械设计及新技术开发研究的一个重要方面。
要解决上述问题应了解并掌握形成振动与噪声的主要激励源，单自由度及多单自由度振动的基本振动特性隔振的原理及参数的优化，以及采取什么样的有效方案减小振动和降低噪声。
通过对农业机械系统的常用动力部件发动机引起振动的原因加以分析，明确该种振动产生的根本原因，并且建立隔振系统的力学模型。
3 常见农业机械振动原因的综合分析常见农业机械振动原因主要有以下几个方面。
（1）压缩机和涡轮机等的叶片往往要受到各种气体周期性的激励作用，当激励力的频率与叶片或其机构的固有频率相一致时，机构将会产生共振，进而发生严重的振动，造成叶片折断事故，严重影响机械的安全运转。
（2）当支承采用滚动轴承时，由于旋转运动和滚动轴承本身的原因产生各种振动，而且这些振动不可能由其自身运动而得到削减。
（3）农业机械的动力装置采用各种发动机时，由于发动机的曲轴旋转运动，作用在其上的周期性变化的切向力和径向力将会使曲轴产生扭转振动和弯曲振动。
一般情况下弯曲振动不会发生共振，但扭转振动对机械的破坏很严重，必须加以重视。
（4）当农业机械常用齿轮传动装置重载高速传动时，齿轮传动装置的振动问题变得更加严重而且产生大的噪音，甚至可破坏传动部件。
3 农业机械的减振方法研究3.1 重视安装、布置中设备与振源作用力的相互位置不论是在有振源扰动的基础上安装、布置设备，还是象自行式工程机械、作业车辆等这些本身带有振源（如发动机等）的车身上设置架乘坐椅或电子仪表器具，都力求将振源的激振力响应，衰减到预定的要求之内。
车辆避震系统设计及稳定性分析
车辆避震系统设计及稳定性分析一、引言车辆避震系统是现代汽车必不可少的组成部分。
它能够减少车辆在路面上的颠簸和震动，并且提高行车的稳定性和安全性。
本文将探讨车辆避震系统的设计及其稳定性分析。
二、车辆避震系统的设计1. 避震器类型目前市场上常见的车辆避震器类型包括液压式、气压式和机械式避震器。
液压式避震器采用油脂和阻尼器来减缓车辆在路面上的震动；气压式避震器则通过气压控制来达到减震的效果；机械式避震器则利用杠杆作用来减缓车辆运动带来的冲击。
2. 弹簧类型车辆避震系统中的弹簧类型有螺旋弹簧和气弹簧两种。
螺旋弹簧可以承受较大的压力，而气弹簧则可以调节车辆的高度和硬度，适用于越野车等需要调整地盘高低的车型。
3. 稳定杆稳定杆可以防止车辆在高速行驶时发生侧翻，是车辆避震系统中非常重要的组成部分。
常见的稳定杆类型有单向稳定杆和双向稳定杆。
4. 悬挂类型车辆悬挂方式有前置式和后置式两种。
前置式悬挂可以减轻车头的重量并提高车辆的平衡性，而后置式悬挂则可以提高车辆的载重能力。
三、车辆避震系统的稳定性分析车辆避震系统的稳定性取决于多种因素，如减震器的硬度和阻尼系数、车身重心、轮胎质量等。
下面我们来详细分析影响车辆避震系统稳定性的因素。
1. 减震器硬度和阻尼系数减震器硬度和阻尼系数的大小对车辆稳定性有直接影响。
如果减震器硬度太小，车辆运动时容易产生明显的颠簸，影响驾乘舒适性和行车的安全性。
如果减震器硬度太大，则会影响车辆在路面上的滑移能力，增加车辆发生侧翻的风险。
2. 车身重心车身重心越低，越有利于车辆的稳定性。
因此，现代汽车通常会采用低矮型车身设计，降低车身重心，提高稳定性。
3. 轮胎质量轮胎作为车辆直接接触路面的部分，其重量和质量对车辆的稳定性有非常重要的影响。
轮胎质量越高，则会增加车辆的稳定性和抓地力，减少车辆在高速行驶时的滑移风险。
四、结论设计合理的车辆避震系统和稳定性分析是现代汽车制造的必备技术，可以提高汽车行驶的安全性和舒适感。
动力机械的减震设计及减震原理
动力机械的减震设计及减震原理【摘要】减震设计的最终目的就是要找到并消灭干扰设备正常运行的方法，而减震器的设计往往不单是依据减震原理，还应当充分考虑到不同机械设备和不同的外部运行环境等因素。
在不同的环境下，不同的机器运转中需要减轻的震动各不相同。
本文重点阐述动力机械的减震原理、生产工艺流程，并以汽车减震器为例，介绍不同种类减震装置的设计方式。
【关键词】动力机械;减震设计;减震原理动力机械设备在运转时会产生巨大的噪音和震动，这对周围环境都有很大的影响，可能会造成噪声污染、破坏其他相关设备、降低员工工作效率、产量降低等问题的出现。
对于动力机械，降噪音减震的方法主要有两种，第一种是降低机械发生源头的声音，使用冷却风扇、低震动的发动机等部件，从根本上解决噪声问题。
另一种方法则是通过对外部环境控制降低噪音和实现减震，例如进行密封处理、控制震动的传播路径等等。
目前使用最多也较受欢迎的是第二种方法。
1动力机械的减震原理减震方式通常和降低噪声的方式相同，就是从震动源头入手，努力控制震动的传播路径。
而控制震动的方式通常表现为隔离震动和对机器本身减震，而具体的方式则有多种途径。
1.1减震原理从源头控制和从传播途径上控制的减震方法，都是把振动作为基本原理并加以运用，控制的重点内容就是震动产生的噪声。
当机械动力源头发生震动时，会引起整个设备的震动，而震动的大小还会以波的形式引起周围设备的不正常运行。
实际上，结构声产生的是空气声而非普通的噪声。
对于其他设备，例如装载机，噪声和震动产生的原因较复杂，主要来源是车身系统和传动系统。
产生的噪声分为耳旁噪声和辐射噪声两种。
其中，耳旁噪声是由发动机和动力总成产生的低频声;辐射噪声是由冷却设备及发动机排气等设备工作运转产生的噪声，进而引发整个设备的震动。
1.2控制震动控制震动的方法多种多样，主要原理是通过对震动源头控制和对传播途径控制两种。
1.2.1减震和吸震这种方式是把设备震动部分产生的机械能力转化为其他形式的能量，例如热能或电能等等，从而达到减震的效果，也能够合理利用各种能源，实现节约。
轮式拖拉机行驶振动力学模型及振动方程建立
第10卷第1期1998年 3月黑龙江八一农垦大学学报J1of Heilongjiang August First Land Reclamation University10(1):45～48March1998轮式拖拉机行驶振动力学模型及振动方程建立王新忠 于清泉3 胡文义33 徐耀辉333(黑龙江八一农垦大学工程学院密山158308)摘要本文对轮式拖拉机在不平地面行驶过程中的振动进行了分析,并建立了轮式拖拉机的力学模型和振动方程,为评价拖拉机的平顺性和优选拖拉机的有关参数提供理论分析依据。
关键词 轮式拖拉机 振动方程 力学模型中图分类号 S219111 前言 轮式拖拉机行驶时的动态特性对轮式拖拉机的行驶平顺性有很大的影响,拖拉机的行驶平顺性是指拖拉机行驶时吸收所产生的各种冲击和振动的能力。
它对驾驶员的健康、行驶安全性、工作效率和经济性、拖拉机及零部件的寿命、牵引性能和作业质量均产生直接的影响。
另外,当代拖拉机产品亦有向轻型化、高速化和高功率化方向发展趋势,要求拖拉机零部件轻质量和高强度。
同时,又要求拖拉机具有振动小、噪音低、驾驶操纵舒适和可靠性好的使用性能。
这就使得对拖拉机工作过程中出现的振动和动载荷问题的研究成了突出的课题。
因此,降低拖拉机的振动,改善拖拉机行驶平顺性是当前拖拉机急需解决的问题之一。
2 轮式拖拉机行驶振动分析 轮式拖拉机行驶的动态振动特性取决于诱发拖拉机振动的激振力的性质和数值、拖拉机总体结构布置,悬架系统的结构特性等。
轮式拖拉机是由发动机、传动系、行走系、转向操纵系、驾驶室等一系列零件所组成的一个整体,也可以看作一个复杂的振动系统,在工作时受到各种动载荷的激励。
拖拉机在工作中受到的载荷主要包括发动机的传动系统往复运动和旋转运动零件引起的周期性交变载荷;地面高低不平及土壤阻力不同引起的随机载荷;遇障碍及过田埂时的冲击载荷等。
虽然诱发轮式拖拉机振动的激振力有多种,但主要是外部激振源,外部激振源主要由于地面不平而引起的随机振动,这种振动主要与地面的几何形状有关,还与轮式拖拉机的行驶速度、拖拉机的车轮直径和轮胎的弹性有关。
刍议动力机械的减震设计及减震原理
二、控制振动的减振原 理
控制振动和控制噪声一样 ，首先应从振 源人手 ，同时考虑控制振动 的传播 。振动控制的途径一般包括振动力隔离或对结构施加阻尼 。振动
隔离是减少从一个结构向另一个结构通过某些 弹性器件的振动传播 ； 共
，
可采用动力 吸振器的形式或在结构 的
各表面应用多层材料。归纳起来 ，大致有如下几种途径 ： １） 激振源 、
一
装载机噪声控制主要从两方面着手 ：首先是降低声源 的噪声 ，即采
用低噪声 、低振动的发动机 、冷却风扇 、变速箱 、液压泵等措施 ，可以
０
三、汽车上的减震器
、
从根本上降低整机噪声 。由于考虑到成本的原因 ，对装载机产品本身来
说 ，现 阶段不可能彻底更换动力源和传动系统 ，因此 ， 现 阶段降噪最主 要 的手段是要考虑从被动降噪人手 ，即通过隔振 、隔声 、吸声 、密封处
一
、
引言
机室安装减振垫的优化 是噪声控制的关键 。从整个系统看 ：运转部件所
工程机械设备的振动是一种有害现象， 往往会带来较大的一些危害 ： 造成振动噪声污染 ，破坏其它相关设备 、仪表的正 常工作 ；降低控制 、 监测系统的精度 ； 振动还将损害车辆驾驶员的乘坐舒适性 ，恶化工作条 件 ，降低工作效率 ， 影响人一机系统的总体性能。
行程 内，减震器的阻尼力较小 ，以便充分利用弹性元件的弹性来缓和 冲
击； 在伸张行程内 ，减震器 的阻尼力应较 大，以求迅速减振。由于汽车 行驶 的路面状况不同 ， 所用 的减震器要求也会有所不同。下面简单介绍 几种 比较先进的减震器 ： 磁悬浮式减震 器。磁悬浮减震器的弹性介质是两块同极相对 的高强 度永久磁铁 。两磁铁间的排斥力 即为减震器 的弹性力 ，它随着两磁铁 间 的距离减小而增大。它具有很好 的非线性刚度特性 ，而且可根据负载 自 动调整 弹簧刚度籽 陛及车身高度 ，能进一步改善汽车的行驶平顺性 ；由 于城市路况较好 ，路面对轿 车车轮 的冲击绝大数属于小位移激振 ， 大位 移激振较少 。这就要求减震 弹簧 的小变形时较软 ，而大变形时较硬，具
工程机械减震系统设计方案
工程机械减震系统设计方案一、引言工程机械在使用过程中往往会受到震动的影响，这些震动会直接影响到机械的运行性能和使用寿命。
因此，对工程机械的减震系统进行合理设计对于提高机械的工作稳定性、安全性和使用寿命是非常重要的。
本文将从工程机械减震系统的设计原理、设计目标、设计步骤和设计考虑等方面进行详细阐述。
二、设计原理1. 减震系统的功能工程机械减震系统的主要功能是通过减震器将机械在运行过程中受到的震动能量转换成其他形式的能量，从而减小机械受到的震动力，使机械在运行时具有较好的稳定性和舒适性，同时也能够保护机械部件不受到过大的损坏。
减震系统还能够有效地减小机械噪音，提高机械的使用效率和安全性。
2. 减震系统的设计要点（1）对机械进行有效地减震，从而提高机械工作的稳定性和舒适性。
（2）减小机械的震动力和噪音，保护机械部件不受到过大的损坏。
（3）减震系统设计应具有较好的适应性和可靠性，能在各种复杂工况下正常工作。
三、设计目标1. 减震系统的主要设计目标（1）减小机械受到的震动力和噪音，提高机械的舒适性和稳定性。
（2）保护机械部件不受到过大的损坏，延长机械的使用寿命。
（3）减震系统具有较好的适应性和可靠性，能够在各种复杂工况下正常工作。
（4）减震系统的设计应尽可能减小机械的结构重量和体积，提高机械的使用效率和节能性。
2. 具体的设计指标（1）减震率：减震率是衡量减震系统性能的一个重要指标，要求减震率能够达到一定的数值，从而减小机械受到的震动力。
（2）频率范围：减震系统的工作频率范围要适应机械在不同运行状态下的振动频率范围，具有较好的适应性。
（3）工作稳定性和舒适性：减震系统要求能够有效地提高机械的工作稳定性和舒适性，减小机械在运行过程中的结构振动和噪音。
四、设计步骤1. 确定减震系统的类型减震系统可分为主动减震和被动减震两种类型。
主动减震系统根据机械受到的震动力做出及时的反馈调整，以减小机械的震动力和噪音；而被动减震系统则通过减震器等被动元件将震动能量转换成其他形式的能量。
减震系统工作总结：原理、应用及优化方向
减震系统工作总结：原理、应用及优化方向（实用版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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农用拖拉机驾驶室用减震结构[实用新型专利]
![农用拖拉机驾驶室用减震结构[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/803c2fc8bcd126fff6050b98.png)
专利名称：农用拖拉机驾驶室用减震结构专利类型：实用新型专利
发明人：张琳,钱发米,赵传能
申请号：CN202020422495.8
申请日：20200329
公开号：CN212219987U
公开日：
20201225
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开的属于拖拉机技术领域，具体为一种农用拖拉机驾驶室用减震结构，包括底板和两个固定柱，所述底板左右两侧垂直设置有侧板，两个所述侧板之间纵向设置有顶板，两个所述侧板相视一面均匀竖向开设有减震槽，所述顶板左右两侧均匀设置有与减震槽相匹配的的减震块，所述顶板本体前后两侧均开设有第二安装孔，所述减震槽内腔底部与减震块底部之间连接有减震弹簧，所述底板与顶板相视一面的前后两侧的左右两侧均设置有连接件，四个所述杆体上的套筒均转动套接在固定柱的外壁，所述套筒与固定柱和支撑柱之间均连接有扭力弹簧，本新型方案大大优化了驾驶人员的驾驶体验，同时简化了减震结构的安装步骤，便于安装。
申请人：烟台万禹农业机械有限公司
地址：265705 山东省烟台市龙口市诸由观镇驻地
国籍：CN
代理机构：北京久维律师事务所
代理人：杜权
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工程机械减震器开发方案
工程机械减震器开发方案一、背景随着现代工程机械的不断发展和应用，其承载的工作量和复杂程度也不断提高。
机械设备在工作过程中难免会遭受到各种不同程度的冲击和震动，这些冲击和震动会直接影响机械的运转效率、寿命和稳定性，严重时甚至会引起机械事故。
因此，如何有效地减少机械在工作中的震动和冲击，成为了当前工程机械领域的研究热点之一。
二、方案概述为了解决工程机械在工作中遭受的震动和冲击，我们提出了一种基于减震器的方案。
该方案主要包括三个部分：减震器设计、减震器模拟分析、减震器实验验证。
三、减震器设计1.减震器类型根据工程机械的特点和需要，我们确定了三种类型的减震器：橡胶减震器、液压减震器和气压减震器。
2.减震器参数不同类型的减震器具有不同的设计参数，具体参数应根据机械的需要进行选择和设计。
橡胶减震器的设计参数主要包括弹簧刚度、阻尼系数和尺寸等；液压减震器的设计参数主要包括油缸直径、活塞面积、减震器长度等；气压减震器的设计参数主要包括气压、气体容量、减震器长度等。
3.减震器安装减震器的安装应根据机械的布局和结构进行设计和选择。
一般情况下，减震器应放置在机械的主要震动部位，如底盘、车轮等处，并需要考虑到减震器与机械的匹配度和安装位置的稳定性等问题。
四、减震器模拟分析为了验证减震器设计的合理性和有效性，我们采用有限元分析法对减震器进行模拟并分析。
有限元模拟主要包括以下几个步骤：1.建立模型首先需要对机械和减震器进行建模，建立减震器运动学和动力学模型，根据机械运动的特点确定减震器的运动方向和速度，以及机械的受力情况和分布。
2.划分网格将模型划分为多个小的单元，每个单元的节点和边界条件均具有特定的力学和物理属性。
3.定义材料属性根据减震器的材料属性和性能，定义模型中各个单元的材料特性和参数，如材料的弹性模量、泊松比、材料密度等。
4.求解位移和应力将各个单元联成整体模型，应用有限元理论求解位移和应力分布，分析减震器在不同工作状态下的动态特性和性能。
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2
减振执行系统的设计
拖拉机作业时产生低频大振幅的振动 ， 针对这种
图2 Fig． 2
混合策略模型 Hybrid control model
较难控制的振动 ， 设计了对车身及车轮均可连续实时 控制的液压式减振执行系统 。 液压减振系统的优点 ： ① 可以实现实时连续控制 ； ② 由于液压力较大 ， 对于 振动的控制效果明显 ； ③ 适应于大型农业拖拉机这一 类在行驶过程中较难控制振动的车辆 。 减振液压系 （ 1）
2015 年 6 月
农 机 化 研 究
第6 期
轮式拖拉机减振系统的设计及理论分析
迟 媛 ， 李加奇 ， 纪翔宇
150030 ）
（ 东北农业大学 工程学院，哈尔滨 摘
要： 针 对 拖 拉 机 在 作 业 过 程 中 产 生 振 动 的 问 题 ， 设计了可以抑制振动的液压减振系统， 详细解析了该系统
应 用 的 混 合 控 制 策 略 原 理 。 利 用 MATLAB / SIMULINK 仿 真 拖 拉 机 作 业 时 的 随 机 路 面 ， 分析拖拉机的减振系统的 簧载质量垂直加速度、 动载荷及动行 程 时 域 响 应 曲 线。结 果 表 明： 在 田 间 作 业 时， 拖 拉 机 受 到 振 幅 在 － 0 ． 052 3 ～ 0 ． 050 4 m 区 间 内 的 垂 直 随 机 振 动 ； 混 合 控 制 策 略 的 z s 衰 减 速 率 为 0 ． 12 ； 轮 胎 动 载 荷 瞬 间 响 应 值 为 4 ． 6 × 10 － 3 N ； 动 行 程 最 终 值 为 0 ． 049 8 m ； 衰 减 平 均 速 度 为 0 ． 000 644 m / s 。 混 合 控 制 策 略 的 拖 拉 机 液 压 式 减 振 系 统 优 于 天 有效地减少了拖拉机振动。 棚控制策略的减振系统， 关键词： 轮式拖拉机； 减振器； 混合控制策略； SIMULINK ； 仿真 中图分类号： S219 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 188X（ 2015 ） 06 － 0018 － 05
［1 － 3 ］
1
拖拉机减振系统结构原理分析
拖拉机的减振系统由两部分组成， 即控制系统和
。
拖拉机振动不仅影响其行驶平顺性 、 操作稳定性和关 键零部件的使用寿命 ， 还会造成作业效率严重下降及 驾驶员永久性的职业疾病
［4 ］
执行系统。该减振系统在轮式拖拉机安装位置如图 1 所示。
。 所以 ， 如何降低拖拉机
。
由于拖拉机行驶工况复杂而引起的振动 强 度 大 的特点 ， 结合大功率轮式拖拉机 ， 进行减振系统的控 制策略原理分析 ， 搭建 1 /4 减振系统 MATLAB / SIMU
收稿日期 ： 2014 － 06 － 25 基金项目 ： 国家自然科学基金项目（ 51105073 ） 作者简介 ： 迟 （ E － mail ） 媛（ 1974 － ） ， 女， 哈尔滨人， 副教授， 博士， cy207@ 126． com 。
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统如图 3 所示 。 整个减振器工作的过程中 ， 通过伺服 阀实现自动控制 ， 其控制过程为 ： 速度传感器 、 载荷传 感器检测到车身 （ 车轮 ） 的垂直振动速度 ， 信号经电荷 放大器放大后传递给控制器 ， 控制器按混合控制策略 的规律进行处理 ， 产生相应的控制量对伺服阀进行操 液 作 ； 伺服阀输出的流量使液压缸做出相应的运动 ， 压缸的液压油在活塞上产生作用力 。 根据拖拉机的 运动状态使液压缸产生相应的作用力 、 方向及速度上 的变化 ， 最终改善了驾驶室的舒适性和平稳性 。 基于 1 /4 轮式拖拉机模型设计而成的减振系统 ， 可根据该拖拉机模型参数确定液压系统相关技术参 数 。 某大型轮式拖拉机的结构参数如表 1 所示 。
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根据牛顿第二定律， 混合控制策略理想模型的阻 尼运动微分方程为 m us z us = k1 （ z s － z us ） + c1 （ z s － z us ） － k2 （ z us － z0 ） － c2 （ z us － z0 ） － c grad z us m z = － k1 （ z s － z us ） － c1 （ z － z ） + c z 式中 ms 、 m us —簧载质量和非簧载质量； c1 、 c2 —悬架和轮胎的阻尼系数； c sky —天棚阻尼系数； c grd —地棚阻尼系数； k1 、 k2 —悬架和轮胎的阻尼刚度； z0 、 zs 、 z us —路面输出位移、 簧载质量位和非簧 载质量位移；
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。 目前 ， 国内大多数对拖
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拉机的减振系统研究仍处于理论分析阶段
， 较国
外大型轮式拖拉机减振系统的产业化存在一定的差 距 。 由于作业环境的特殊性对行驶平顺性和作业稳 定性有限制 ， 所以在设计拖拉机减振系统时要根据实 际作业的情况 ， 从控制的角度出发 ， 采用可实现连续 控制的结构方案
· ·
DOI:10.13427/ki.njyi.2015.06.004
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引言
随着农业机械化的快速发展 ， 大功率轮式拖拉机
LINK 仿真模型 ， 设计适合拖拉 机 作 业 环 境 实 时 控 制 的液压减振系统 。
在农业生产上已广泛应用 ； 但由于拖拉机作业环境的 影响 ， 引起 的 振 动 问 题 一 直 未 得 到 很 好 的 解 决
数值 2 250 550 2． 5 × 10 4 1． 07 × 10 5 1 × 10 4 6 × 10 4 Fig． 4
图4
随机路面输出
The output of random road
3． 2
减振系统参数仿真 根据式 （ 1 ） ～ 式 （ 4 ） 及某大型轮式拖拉机的相关
结构参数 ， 在 SIMULINK 环境下建立二自由度 1 /4 拖 拉机减振系统模型 ， 分别对混合控制策略及天棚控制 策略进行时域仿真 。 仿真的评价指标是簧载质量垂 直加速度 z s 、 减振器动行程 z s － z us 、 轮胎动绕度 k2 × z us 。z s 是评价拖拉机平顺性的主要指标 ， 当 z s 响应特 性曲线的衰减速度越快 ， 说明控制策略对系统起到减 振效果越明显 ； z s － z us 用于描述相对于静止状态的位 移变化程度 ； k2 × z us 是衡量轮胎接地能力的指标 ， 轮 胎动载荷减小时轮胎的波动性随之减小从而增加轮 胎的着地性能 。 图 5 是混合控制策略与传统控制策 略减振系统性能指标的时域仿真对比图 。 3． 3 仿真结果分析 1 ） 随机路面仿真结果表明 ： 在田间作业时 ， 地表 的高低不平将引起拖拉 机 受 到 振 幅 在 － 0 ． 052 3 ～ 0． 050 4m 区间的随机垂直振动 。 2 ） 对于簧载质量垂直加速度 z s ， 混合控制策略 和天棚控制策 略 开 始 时 产 生 的 振 动 加 速 分 别 为 2． 925 2m / s2 和 2． 942 4m / s2 ； 随着时间的增加 ，z s 逐渐 衰减 ， 混合控制策略的簧载质量垂直加速的衰减速度 明显比天棚控制策略的衰减速度快 ； 混合控制策略的
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（ 2）
≥0 ＜ 0 ≤0 ＞ 0 － α） c grd （ t） （ 3）
其中， α 为天棚阻尼系数和地棚阻尼系数之间的
。 因此 ， 采用混合控制策略时需
在其理想模型基础上进行改进 ， 等效的改进模型如图
（ 4）
基于混合控制策略的减振系统产生的控制力的大 小可随着 z s 和 z us 的变化产生相应的变化， 既改善了驾 驶员的乘车舒适性， 又增加了地面附着能力， 对于车身 车轮的控制作用满足拖拉机的减振要求 。
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z 、 z —簧载质量和非簧载质量速度； z 、z —簧载质量和非簧载质量加速度。
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2015 年 6 月
农 机 化 研 究 υ0 —车辆行驶速度（ m / s） ； w （ t） —均值为零的高斯白噪声； f0 —下截止频率（ Hz） 。
第6 期
由于农间耕地属于等级较低的路面， 以 B 级路面 作为分析控制策略对减振系统性能指标影响的模拟仿 真对象。在 SIMULINK 中建立了假设该拖拉机在 B 级
的振动已经受到广泛的重视 。 解决振动问题的关键技术之一是设计出 一 种 对 振动有明显抑制作用 、 能够提高大功率轮式拖拉机使 用性能的减振系统 。 减振系统是在工作过程中拖拉 机机体与行走机构相连接的元件 ， 其把机体的质量传 给行走机构并缓和地面传给机体的冲击 ， 要保证行驶 的平顺性及作业的稳定性
测到垂直方向的运动信号后 ， 经电荷放大器处理传递 给控制系统 ， 再由控制系统按照控制策略产生相应的 控制力 ， 输出控制信号让执行系统进行相应的减振运 动 。控制策略作为减振系统的重要组成部分 ， 通过控 制策略与执行系统地结合 ， 能够根据车辆的运动情况 及路面信息做出相应的运动 。 为了满足拖拉机作业 环境的特殊性 ， 将混合控制策略应用于拖拉机减振系
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2015 年 6 月 统中 ， 并与执行系统相结合 。 1． 2 混合控制策略
农 机 化 研 究 根据改进后的等效模型， 式（ 1 ） 变为
第6 期
m us z us = k1 （ z s － z us ） + c（ t） （ z s － z us ） － k2 （ z us － z0 ） － c2 （ z us － z0 ） m z = － k1 （ z s － z us ） － c（ t） （ z － z ） c （ t ） 是混合控制策略阻尼系数， 其中， 通过控制策 略进行调节。c（ t） 由天棚阻尼系数和地棚阻尼系数两 部分组成， 其阻尼约束条件为 c sky = c max z s （ z s － z us ） · · · c sky = c min z s （ z s － z us ） · · c（ t ） = c = c · grd max z us （ z s － z us ） · · · c grd = c max z us （ z s － z us ） c（ t） = αc sky （ t） + （ 1 分配系数， 其余同式（ 1 ） 所示。 当 c（ t） 随车速变化而变化时， 混合控制系统将产 该阻尼力随 z s 及 z us 的变化规律为 生一个阻尼力 f d ， f d = c sky z s + c grd z us