与小汽车、客车和载货汽车相比,拖拉机长时间行驶在田间和路况较差的农村土路上,且减振装置简陋,其振动尤为剧烈。拖拉机的剧烈振动不仅会对驾驶员的身体健康造成严重危害,而且还会造成零部件的疲劳破坏,严重影响拖拉机的使用寿命。此外,拖拉机过大的振动还会加剧农田土壤的压实,降低农作物的产量。如何有效地减小拖拉机的振动,提高乘坐舒适性和行驶安全性以及减小拖拉机振动对农田的损坏是科研人员和拖拉机制造企业面临的重要研究课题。考虑到制造成本,国产拖拉机基本没有装备前桥悬架系统,相关的研究也鲜有报道。为搞清安装前桥悬架对拖拉机振动特性的影响,本文完成的主要工作及取得的研究结论归纳如下:1.本文以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,用实车试验的方法对拖拉机前后桥振动加速度、机身振动加速度、座椅安装处振动加速度和前后轮动载荷等振动特性参数进行了检测,通过对试验结果进行时域和频域的分析,确定出拖拉机的垂向振动和俯仰振动的固有频率,并绘制出了机身、前后桥和座椅安装处的振动加速度功率谱密度。对南京农业大学江浦农场土路和江苏农业机械鉴定测试中心100m标准测试跑道进行了路面不平度测量,分析计算了路面功率谱密度,得出江浦农场土路和100m标准测试跑道的路面状况相近,等级为国标D级路面。2.建立了无悬架拖拉机二自由度振动系统的物理模型和理论计算模型,通过理论分析,推导出无悬架拖拉机振动系统解耦后固有频率的理论计算公式和机身振动加速度、座椅振动加速度、前后轮动载荷等振动特性的理论计算公式,通过理论计算并与实车测试的数据进行比对,显示拖拉机实车测试数据与理论计算数据的最小误差率为3.09%,最大误差率在12%,表明实车测试数据与理论计算数据的误差率在可接受的范围内,说明理论计算数据能较好的反映拖拉机真实的振动特性,证明了理论分析的可靠性和可行性。在此基础上,研究了无悬架拖拉机在湿软水田土壤行驶工况下的振动特性。发现当拖拉机在农村未覆盖土路行驶工况(国标D级路面)下行驶的振动特性与拖拉机在湿软水田土壤中行驶的不同,当拖拉机在湿软水田土壤中行驶时,其垂向振动相对前、后轮的位移传递率分别下降31.4%和23.5%,俯仰振动分别下降29.5%和24.6%;机身垂向振动加速度和机身俯仰振动角加速度平均降低33%和32.6%;前、后轮动载荷平均降低34%和31.2%;座椅安装处垂向振动加速度平均降低32.9%。这个研究结果可以作为水旱田两用拖拉机减振系统设计与智能控制的依据。3.建立了前桥悬架拖拉机三自由度振动系统的物理模型和理论计算模型,推导出了前桥悬架拖拉机振动特性的理论计算公式,并对前桥悬架刚度和阻尼系数进行了优化匹配,研究发现安装了前桥悬架的拖拉机当采用优化后的前桥悬架刚度和阻尼系数时,其机身垂向振动加速度和俯仰振动角加速度与无前桥悬架时相比分别平均下降24.03%和42.46%;座椅安装处垂向振动加速度平均下降29.77%;前轮动载荷平均下降21.72%。分析结果证明拖拉机安装前桥悬架后,其垂向振动加速度和俯仰振动加速度都有不同程度的减小,特别是拖拉机的俯仰振动加速度降低尤为显著,改善了拖拉机的乘坐舒适性。前轮动载荷的大幅下降使导向轮的离地概率大大降低,使拖拉机的行驶安全性提高。研究结果对拖拉机减振系统的设计和前桥悬架系统的优化有一定的参考价值。4.建立了前桥悬架加座椅悬架拖拉机四自由度振动系统的物理模型和理论计算模型,分析了前桥悬架加座椅悬架拖拉机四自由度振动系统的固有频率及机身、座椅和前后桥相对于路面激励的幅频特性,发现前桥悬架加座椅悬架拖拉机四自由度振动系统的机身垂向振动和俯仰振动固有频率与前桥悬架拖拉机三自由度振动系统相比变化十分微小,最大变化率为2.7%,说明安装座椅悬架后对拖拉机振动系统固有频率的改变很小,可以忽略不计。并推导出了前桥悬架加座椅悬架拖拉机四自由度振动系统机身振动加速度、座椅振动加速度、前后轮动载荷和座椅悬架动挠度等振动特性指标的理论计算公式。研究发现1)与前桥悬架拖拉机三自由度振动系统相比,安装了前桥悬架加座椅悬架的拖拉机在座椅俯仰振动加速度方面变化微弱,表明安装座椅悬架对座椅俯仰振动加速度没有影响;2)与前桥悬架拖拉机三自由度振动系统相比,安装了前桥悬架加座椅悬架的拖拉机在座椅垂向振动加速度方面变化非常明显,平均下降61.1%,大大提高了拖拉机的驾驶舒适性和行驶安全性。