面向水田作业工况的拖拉机振动理论及应用研究

According to the paddy fields of the physical properties of soil, and the hypothesis of the rheological properties of soft with NiCeng and with random rough degree of hard surface soil. The condition of the laboratory, with free vibration damping method experimental study of paddy in soft soil NiCeng tires .Free attenuation the response characteristics of the vibrations, obtain the soft NiCeng nonlinear dynamic characteristic parameters.In the field, driving conditions, and water field rolling method of paddy soil for tyre hard the bottom surface random pingdu elevation, with discrete Fourier transform get single wheel track surface roughness power spectral density and the correct roughness cross spectrum density, establish the bottom surface roughness soil hard power spectral density and walk The frequency of function relation. On this basis, based on paddy field tires-paddy field system dynamics model of soil tractor not line sex vibration model, the tractor in paddy field running condition of the vibration acceleration time domain and frequency domain response characteristics, according to article same .Under a measured the tractor for vibration acceleration time domain and frequency domain response characteristics, the model correction, the correction model in advance The tractor vibration reduction device characteristic parameters and road, a dry driving and driving three conditions of paddy fields, matching relationships for design Southern paddy field for the condition of the soil tractor vibration reduction device to provide the theory basis.

根据水田土壤的物理特性，将其假设为具有流变特性的软泥层和具有随机不平.度表面的硬土层。在实验室条件下，用自由振动衰减法实验研究水田轮胎在软泥层土壤中作.自由衰减振动时的响应特性，获取软泥层非线性动力学特性参数。在田间行驶工况下，用水田轮胎滚动法获取水田土壤硬底层表面随机高程，用离散傅里叶变换获得单轮辙表面不平度功率谱密度和双轮辙不平度互谱密度，建立土壤硬底层表面不平度功率谱密度与路程频率的函数关系。在此基础上，构建基于水田轮胎-水田土壤系统动力学模型的拖拉机非线性振动模型，研究拖拉机在水田行驶工况下的振动加速度时域和频域响应特性，根据相同条件下实测获得的拖拉机振动加速度时域和频域响应特性，对模型进行修正，用修正的模型预测拖拉机减振装置特性参数与道路行驶、旱地行驶和水田行驶三种工况的匹配关系，为设计适合南方水田土壤条件的拖拉机减振装置提供理论依据。

本项目着重拖拉机在水田环境下振动的理论基础研究，揭示水田恶劣环境下对拖拉机振动特性的影响。通过项目组设计、制作拖拉机轮胎在水田土壤中弹性和阻尼特性测试验装置，试验测得轮胎在水田土壤中的振动特性，得出在南方水田工况下轮胎的充气压力、拖拉机的行驶速度、土壤水分与拖拉机前后桥垂直振动加速度之间的关系；研究拖拉机在水田工况下的振动特性，采用轮胎滚动法测取南京江浦农场水田硬底层纵断面空间函数，对数据进行自相关性检验，分析硬底层垂直位移功率谱密度；本研究基于轮胎-湿软水田土壤系统，建立水田工况下拖拉机三自由度振动微分方程和仿真模型，以水田硬底层纵断面时间函数为输入矢量，对拖拉机振动特性进行仿真研究，仿真结果与试验结果分析对比表明，水田硬底层高程具有统计相关性，其不平度系数Gx(0.1)=316.7×10-6 m3，拟合指数w=−1.651。试验结果为面向水田作业的拖拉机振动研究提供路面参考模型，为拖拉机减振系统的参数设计提供理论依据。.基于CF700型拖拉机和轮胎－湿软水田土壤系统模型，建立拖拉机在湿软水田土壤行驶工况下的二自由度振动模型，为水、旱田两用拖拉机减振系统设计与悬架智能控制的重要依据；建立拖拉机在水田作业工况下的响应面振动模型，优化了响应面振动模型的相关参数，得到了前桥悬架刚度和阻尼系数的最佳匹配值。建立拖拉机+悬挂农具系统2自由度线性振动模型，结果显示拖拉机+悬挂农具系统垂向振动和俯仰振动固有频率随悬挂农具质量的增大而减小，且俯仰振动固有频率减小的更明显，前轮动载系数随悬挂农具质量的增大而增大，增加了轮胎离开地面的概率，严重影响拖拉机的行驶安全性。建立了带全浮式驾驶室的拖拉机4自由度振动模型，研究结果表明，驾驶室悬架刚度和阻尼比在初定的设计变量取值范围内取较小的值时，可获得较好的乘坐舒适性。