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河北華利機械配件有限公司

手扶拖拉機手把振動的振源及振動特性

2013/7/8 15:31:05

 

從手扶拖拉機和駕駛員組成的大系統的動態特性及振撅2 個方面對手扶拖拉機手把的振動進行了研究。首先用試驗棋態分析技術研究了大系統的固有頗率和振型, 然后對2 個主要振像( 路面激勵和發動機激勵) 分別引起的手把振動的振動特性進行了深入的分析, 并通過瀏試確認發動機激勵是最主要振探. 分析了這2 種激勵各自的特點.

關健詞:手扶拖拉機, 手把振動, 柴油機動力學. 模態分析, 振型; 振撅; 固有頗率, 振動特性

中圈分類號5 219. 6 0 ; 0 527

目前在我國, 手扶拖拉機是農用拖拉機的主要機種之一。由于手扶拖拉機的手把為一懸甘梁結構, 且發動機為單缸柴油機, 因此工作時手把振動劇烈, 其振動t 級超過了人體所能承受的范圍, 有可能造成手臂的血管、神經、骨骼和關節等組織的嚴重損傷。另一方面, 振動還將影響手扶拖拉機的正常工作, 導致結構疲勞破壞或脫檔。由于上述原因, 手扶拖拉機手把振動的治理引起了國內不少研究者的關注。我國已經開始制定有關手扶拖拉機手把振動的標準。

目前大家關心的問題是如何減小手扶拖拉機手把振動的量級。

手扶拖拉機手把的振動是手扶拖拉機結構和駕駛員身體組成的大系統對路面和發動機這2 個主要激勵的響應, 其大小不僅與這2 種激勵的特性有關, 而且與整個大系統的動態特性有關。國內已有不少學者研究了手扶拖拉機結構本身的動態特性, 但實際工作時駕駛員的參與不僅改變了原來結構的質量分布, 而且改變了手把的支承情況, 所以必須把手扶拖拉機和駕駛員當作一個整體來研究。

筆者用試驗模態分析技術研究了手扶拖拉機結構和駕駛員人體組成的大系統的動態特性, 得到了手扶拖拉機一駕駛員系統的固有頻率、主振型等模態參數, 然后從理論上比較系統地分析了路面激勵和發動機激勵各自的特點, 并通過試驗定量地確定了這2 種激勵對手把振動的作用, 結果表明發動機激勵是造成手把振動的主要原因。這為手把振動的治理提供了依據.

1 手扶拖拉機一駕駛員系統的動態特性

為了研究手扶拖拉機在駕駛員正常操作時的動態特性, 用試驗模態分析方法研究了手扶拖拉機結構和駕駛員人體組成的大系統的動態特性。

試驗時將手扶拖拉機放置在剛性支架上, 用大推力振動臺對其施加1 0 N 的隨機激振力,t 手扶拖拉機結構和駕駛員身體上共25 個點的響應。試驗對象駕駛員為身高1.70 m、體重60 kg 的健康男青年。試驗時要求駕駛員像平時工作一樣手握手把。有關測試方法和試驗的詳細情況見文獻【4 〕。

利用曲線擬合方法對測得的頗率響應函數進行參數識別, 得到了被測系統的前10 階固有頻率和相應的振型。圖1 為其中與手把振動密切相關的第7 和第8 階固有頻率和3.05 Hz )所對應的振型。這2 階振型表明手把和人手處的振幅都很大。

值得指出的是, 2階固有頻率都在發動機的額定轉速2 O0 r / m in 附近, 也就是說發動機正常工作時就會引起手扶拖拉機一駕駛員系統的共振。這是造成手扶拖拉機手把振動大的內在原因。

2 手把振動的振源分析

1 路面激勵對手把振動的影響

在輪胎參數相同的條件下, 路面對輪胎的作用力與路面凹凸的幾何形狀和地面的物理特性有關, 也與輪子的行駛速度有關[s1。

行駛速度高時, 路面上凸出部分與輪胎的接觸時間短, 沖擊力大, 引起的振動就劇烈, 所以在公路上高速行駛時手扶拖拉機手把的振動比田間作業時要大得多。但由于手扶拖拉機輪胎的氣壓較低, 遇到地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, 所以沖擊引起的高頻成分衰減較快, 這樣由于路面的凹凸不平引起的振動中高頻成分較小。

3 手把振動的實測結果

以上從理論上分析了2 種激勵的特點。由于路面情況復雜, 對路面與輪胎的沖擊力難以進行定t 分析. 每種激勵對手把振動影響的定量關系, 可以通過實驗測試得到。

試驗時, 分別測量了在載荷和車速相同的條件下手扶拖拉機正常行駛和被其他車輛用繩索拖動時手把振動的信號。通過對這2 組數據的分析, 可以得到手扶拖拉機實際工作時路面激勵和發動機激勵對手把振動的影響的定量關系。

試驗用拖拉機為工農一12 型手扶拖拉機, 其發動機為51 95 型柴油機。試驗時手扶拖拉機拖有質量為1.s t的拖車, 車內裝有I t 細砂。手扶拖拉機行駛在一般柏油路面上。測試儀器如圖4 所示。手把振動信號用略.K 4 3 21 型三向加速度計測量, 將加速度計用一特制夾具夾緊在手扶拖拉機手把上駕駛員操縱處附近(以不影響駕駛員操作為限)。測得的振動信號經舀隊K 2 6 3 5 型電荷放大器放大后, MR 3 OC 型磁帶機記錄, 然后在實驗室回放, 并用略K 2 0 3 4 型動態信號分析儀處理, 得到手把上3 個方向振動加速度的自功率譜和總加速度的均方根值。手把上的3 個振動方向。和島按手振動國際標準圖定義的方向確定。

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