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

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=10700 N/m，阻尼系数C=1300 N·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、10 km/h、12 km/h下车辆平顺性评价，并且获得车身在12 km/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3.068 m/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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．1．1 非路面车辆概述

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