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河北華利機械配件有限公司

工農一5型手扶拖拉機手把振動的測試分析及評價

2013/7/5 13:35:21

 

    摘要  通過理論分析和振動測試,探索了工農一5型手扶拖拉機手把振動主要振源及其振動特性,并根據國際標準IS0 5349進行了振動評價,發現手把振動的主要激勵源是發動機,研究結果為手拖手把減振裝置的研制提供了理論依據,關鍵詞  工農一5型手扶拖拉機;手把;振源;振動特性;幅值頻譜中圖分類  S219.6

    目前我國手扶拖拉機的保有量已達800萬臺,其使用范圍很廣,不僅用于農田作業,而且大量用于短途運輸.由于手扶拖拉機手把結構為一懸臂梁,動力為單缸柴油機,造成手扶拖拉機工作時手把劇烈振動,通過研究發現,當手受到較長時間劇烈振動時,輕者工作效率降低、路感遲鈍、甚至導致交通事故,重者將引發肢端血管痙攣、關節變形、神經末梢障礙、頭暈和記憶力衰退等癥狀,手把振動嚴重地危害了駕駛員的身體健康和交通安全,因此,對手扶拖拉機手把振動特性的研究具有重要的理論意義和實用價值.

振源分析

    手扶拖拉機手把的振動來自發動機和路面這兩個主要激勵源.

1.1發動機激勵

    手扶拖拉機的發動機為單缸機,其平衡性能差,活塞和連桿等運動所產生的慣性力和汽缸內燃氣壓力是手拖手把振動的主要激勵源.

    根據內燃機動力學理論‘11可知,四沖程單缸發動機的扭矩Y’由汽缸內燃氣壓力產生的扭矩?’。和慣性力產生的扭矩l’,組成,11。和F均是周期性波動變化,對它們進行諧波分析可得式叫為發動機角速度,由此可見扭矩了1中不僅應含有同發動機轉速的相應頻率成整數倍的倍頻分量,而且還包含有1/2倍頻的諧波成分.

1.2路面激勵

    手扶拖拉機是在鄉村公路上行駛,凹凸不平的路面會產生路面激勵,從而引起手把的振動,但由于手扶拖拉機輪胎的氣壓較低,遇到路面的凹凸處時輪胎變形較大,路面與輪胎接觸時間較長,而且輪胎橡膠層很厚,對沖擊有較大的阻尼作用,所以沖擊引起的振動衰減較快.前人研究結果表明,路面激勵引起的手把振動加速庋僅占手把振動加速度的20%左右口].可見,手把的主要振動激勵源是發動機,因而,可以用靜態測試代替路試,使測試工作大為簡化.

手把振動測試

2.1  試驗方法和測試設備

2.1.1試驗方法    把拖拉機停在平坦的水泥地面上,駕駛員摸擬工作狀態握住手把,發動機轉速為3 000 rmin,分別測取各測點的三向加速度信號,根據IS0 5349-1986(E)[31的規定,測試點(H)應在手柄與手接觸處之間或附近,坐標原點應置于手的第三掌骨.(本試驗中H點在手把橡膠套部位距端部2/3處‘41),其方向如圖1所示.為了研究振動在整個手把上的傳遞規    為保證三軸向互相垂相相交,自制一傳感器律,我們在手把上另取4個測試點(圖2). 支架裝于手把上.試驗時,傳感器測試的加速2.1.2測試設備    手把的三向加速度測    度信號由YE5938動態數據采集器采集和記取用3個重量輕、頻響特性好的CA-YD127    錄,利用該采集器可在現場直接顯示信號的型加速度傳感器代替整體式加速度傳感器, 時域波形、功率譜及加速度的最大值和有效值,以便對測試過程進行監視.

2.2試驗結果及分析

    試驗時,YE 5938動態數據采集器記錄的數據通過RS 232-C串行接口傳遞到AST486微機處理系統中,利用MFD2振動監測軟件進行數據處理和分析,分析頻帶為0-2000 Hz

    發動機為3 000 rminH點礬、yh、‰三個方向的時域波形和幅值頻譜見圖3,從圖3中可以清楚地看到發動機激勵的頻率特性.Xh、弘、Z三個方向振動的最大峰值點均出現在50 Hz(即發動機轉速為3 000 rlmin時的工作頻率)處,其它的主要峰值點出現在25、75、100、125、150、175200 Hz等處.即手把振動的頻率包括工作頻率及工作頻率的1/2、3/2、2、5/2、3、7/24等倍頻率的諧波成分,這和1.1節中的理論分析結果是完全相符的.另外,還可發現振動能量主要集中在0200 Hz范圍內,3個方向中,z方向的振動最嚴重.

    A,B,C,D等點處的振動規律和H點處極為相似,限于篇幅,其時域波形和幅值頻譜此處從略.對各點的振動加速度頻譜的主要峰值(表1)加以比較可見,振動在手把扶手架上的傳遞是被逐漸放大的,這說明扶手架結構對振動非但無衰減作用,相反卻使來自發動機的振動得到一定程度的放大.

手把振動的評價

    本文按IS05349標準中的相對評價法進行評價.標準建議按三軸向中加權加速度最大的一軸進行評價,圖4IS05349標準的評價曲線,它表示了4小時頻率加權能量等效加速度振動病發病前的受振年限7r和發病率C三者之間的關系,    其中4小時頻率加權能量等效加速度可

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