基于路谱的山地果园轮式运输机钢板弹簧悬架优化

摘要

我国南方水果的栽培主要集中在丘陵山地，而丘陵山地立地条件差，导致常规的作业机械难以进入山地果园。随着山地果园轮式运输机的应用，水果运输效率得到了提高。山地果园轮式运输机灵活性强、低速高扭，特别适用于标准化程度低，地形较为复杂的小坡度果园果品、农药与肥料等物品的运输，但是山地果园轮式运输机的研究目前集中在对机械结构的研究，如车架、自装卸结构和变速器等方面的研究，而针对路面不平度对山地果园轮式运输机影响的研究鲜有研究。路面不平度是引起山地果园轮式运输机结构或零部件疲劳损伤的主要输入之一，是影响山地果园轮式运输机结构疲劳寿命的根本因素。悬架是车辆的重要组成部分之一，它对车辆行驶的平顺性和稳定性有着很大的影响。为了深入研究路面不平度激励信号对山地果园轮式运输机钢板弹簧悬架的影响，本文通过以下三个方面进行研究。
　　（1）设计路面不平度激励信号采集系统。采集系统以 LabVIEW为上位机平台，通过NI9174、NI数据采集卡9234与单轴加速度传感器PCB352C33设计出检测平台。系统对不同路况的路面不平度激励信号进行采集。系统采集到的信号是加速度信号，然后将采集到的加速度信号通过小波去噪，对原始加速度信号去噪。把去噪完成的加速度信号经过积分变换，转换成位移信号。将位移信号转换成位移功率谱密度曲线。对路面不平度激励信号进行试验分析，得出速度、载重和坡度对路面不平度激励信号影响显著，并且坡度对路面不平度信号的影响最大，其次是速度，最后是载重。
　　（2）探讨不同路况的路面不平度激励信号对钢板弹簧悬架的影响。在ADAMS中建立简化的山地果园轮式运输机模型，再将路面不平度激励信号的功率谱密度曲线导入ADAMS，得到钢板弹簧悬架的幅频特性曲线，从而可得路面不平度激励信号对钢板弹簧悬架作用的频率在2~10Hz。
　　（3）对钢板弹簧悬架进行有限元分析与优化。将原钢板弹簧悬架进行有限元分析，得出原钢板弹簧悬架在前五阶的固有频率和型特征振，原钢板弹簧悬架的第一阶固有频率为5.9522Hz，与路面不平度激励信号的频率10Hz范围之内存在吻合，因此对原钢板弹簧悬架进行优化，通过ANSYS中的随机振动分析功能，对优化后的钢板弹簧悬架进行分析，得到优化后的钢板弹簧悬架的第一阶固有频率为18.598Hz，与路面不平度激励信号作用在优化后的钢板弹簧悬架的频率10Hz不存在吻合，有效避免了两种信号的频率存在耦合现象。并且对优化前后的钢板弹簧悬架进行疲劳寿命分析，分别为9.4×104次、3.5×105次。

目录

声明

1 绪论

1. 1 研究目的

1. 2 国内外研究进展

1. 3 本论文的研究内容

1. 4 研究的技术路线

2 路面不平度激励信号的数据采集

2. 1 采集系统的搭建

2. 2 试验硬件结构

2. 3 路面不平度信号采集

2. 4 本章小结

3. 1 采集系统的试验

3. 2 原始加速度信号去噪处理

3. 3 位移信号的转换

3. 4 位移信号功率谱密度曲线的转换

3. 5 路面不平度激励信号的试验分析

3. 6 本章小结

4 运输机悬架动力学建模与仿真分析

4. 1 主要零部件的创建

4. 2 仿真分析

4. 3 本章小结

5 钢板弹簧悬架有限元分析与优化

5. 1 钢板弹簧悬架分析

5. 2 钢板弹簧悬架改进设计

5. 3 本章小结

6. 1 结论

6. 2 展望

致谢

参考文献

附录A原始加速度时域数据

附录B 位移信号功率谱图

附录C位移功率谱密度曲线图

附录D 硕士期间科研成果

附录E硕士期间所获奖项