陳普雙，倪偉強(qiáng)，吳賽飛，尚莉麗，許良元,2*，楊 洋,2，江 慶,2

懸掛農(nóng)具對(duì)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向乘坐舒適性的影響

陳普雙1，倪偉強(qiáng)1，吳賽飛1，尚莉麗1，許良元1,2*，楊 洋1,2，江 慶1,2

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，合肥 230036；2. 安徽省智能農(nóng)機(jī)裝備工程實(shí)驗(yàn)室，合肥 230036)

以某型拖拉機(jī)和深松機(jī)為研究對(duì)象，在UG中建立拖拉機(jī)和農(nóng)具的三維模型并導(dǎo)入ADAMS中，建立人-機(jī)-路面的虛擬樣機(jī)模型，對(duì)農(nóng)具質(zhì)量和懸掛位置在拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向過(guò)程中駕駛員乘坐舒適性的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在拖拉機(jī)空載和懸掛農(nóng)具質(zhì)量為300 kg、600 kg和900 kg的情況下，拖拉機(jī)駕駛員的聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值為 0.434、0.474、0.566和0.629 m·s-2；在拖拉機(jī)懸掛農(nóng)具內(nèi)提升臂和水平方向夾角從20 °提升到45 °、70 °的情況下，拖拉機(jī)駕駛員的聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值為0.710、0.629和0.558 m·s-2，懸掛農(nóng)具的質(zhì)量越大，農(nóng)具的懸掛角度越小，駕駛員的聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值越大，駕駛員越不舒服。該研究為后期的拖拉機(jī)的減振設(shè)計(jì)提供了重要參考。

拖拉機(jī)；農(nóng)具；振動(dòng)；轉(zhuǎn)向；舒適性

拖拉機(jī)是我國(guó)農(nóng)業(yè)作業(yè)中最重要的農(nóng)業(yè)機(jī)械之一，也是生產(chǎn)生活中必不可少的農(nóng)業(yè)機(jī)械。在我國(guó)，拖拉機(jī)年平均工作量中80 %是用作運(yùn)輸?shù)腫1]，并且拖拉機(jī)應(yīng)用較多的地區(qū)通常是農(nóng)村鄉(xiāng)下，道路不平整。懸掛農(nóng)具的拖拉機(jī)在鄉(xiāng)間道路行駛時(shí)，特別是在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，極易引發(fā)事故[2-5]。

拖拉機(jī)的劇烈振動(dòng)對(duì)于駕駛員健康危害很大，駕駛員的乘坐舒適性已經(jīng)日益引起國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注[6-11]。薛金林等[12]對(duì)于拖拉機(jī)前輪的胎壓和拖拉機(jī)行駛速度對(duì)于橫向振動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了研究。徐剛等[13]分析國(guó)產(chǎn)100種拖拉機(jī)參數(shù)，建立了振動(dòng)系統(tǒng)的模型，并對(duì)拖拉機(jī)垂向振動(dòng)、俯仰振動(dòng)和傾側(cè)振動(dòng)的固有頻率進(jìn)行了研究。顧林等[14]建立了ADAMS虛擬樣機(jī)模型，并對(duì)拖拉機(jī)的空間振動(dòng)進(jìn)行了研究。Mastrigt等[15]對(duì)于主動(dòng)座椅對(duì)人的舒適度影響進(jìn)行了研究。Villibor等[16]研究了農(nóng)業(yè)作業(yè)中拖拉機(jī)前后軸的振動(dòng)的影響。Gialamas等[17]對(duì)于拖拉機(jī)耕作過(guò)程的振動(dòng)進(jìn)行了分析。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于拖拉機(jī)行駛乘坐舒適性的研究主要集中于直線行駛過(guò)程，對(duì)于拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向過(guò)程中的振動(dòng)分析較少，本研究以拖拉機(jī)和深松機(jī)為研究對(duì)象，建立駕駛員-拖拉機(jī)-路面的ADAMS虛擬樣機(jī)模型，結(jié)合舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)農(nóng)具質(zhì)量和位置對(duì)于拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向過(guò)程中駕駛員乘坐舒適性的影響進(jìn)行分 析[18-21]。旨在為拖拉機(jī)的減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安全駕駛提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 拖拉機(jī)虛擬樣機(jī)模型的建立

拖拉機(jī)的振動(dòng)是一個(gè)十分復(fù)雜的多自由度系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程的振動(dòng)劇烈程度與發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)情況、行進(jìn)的速度、懸掛農(nóng)具的質(zhì)量和位置、路面平整程度等因素有關(guān)。拖拉機(jī)的振動(dòng)情況可以簡(jiǎn)單的分成縱向、橫向、垂向振動(dòng)和傾側(cè)、俯仰、橫擺振動(dòng)。拖拉機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 拖拉機(jī)主要參數(shù)

根據(jù)拖拉機(jī)的參數(shù)在UG中建立簡(jiǎn)化的拖拉機(jī)三維模型，在確保農(nóng)具和拖拉機(jī)的質(zhì)心、質(zhì)量以及各個(gè)構(gòu)件裝配位置準(zhǔn)確的條件下，進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化建模，由于整機(jī)懸架部分和懸掛農(nóng)具的剛性比較大，可以將整機(jī)和農(nóng)具簡(jiǎn)化成完整的剛體結(jié)構(gòu)；懸掛機(jī)構(gòu)可以簡(jiǎn)化成桿件結(jié)構(gòu)；人體簡(jiǎn)化為一個(gè)質(zhì)量塊固定在座椅上；完成整機(jī)模型的建立，建立懸掛農(nóng)具的三維模型，將深松機(jī)模型裝配在拖拉機(jī)整機(jī)模型上，建立拖拉機(jī)-懸掛農(nóng)具模型如下圖1所示。

拖拉機(jī)的輪胎是振動(dòng)系統(tǒng)中的柔體，是拖拉機(jī)整機(jī)減振部件。建立拖拉機(jī)輪胎的模型，輪胎的主要參數(shù)剛度和阻尼簡(jiǎn)化為一個(gè)彈簧和阻尼器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。輪胎模型采用的是ADAMS輪胎模型中的Fiala輪胎模型，通過(guò)設(shè)置相關(guān)的輪胎參數(shù)，可以在ADAMS中直接導(dǎo)出Fiala的輪胎模型。

1. 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu); 2. 人-座椅模型; 3. 懸掛機(jī)構(gòu); 4. 深松農(nóng)具。

Figure 1 Tractor - model of hanging farm tools.

根據(jù)輪胎的充氣壓力、輪胎寬度、輪輞半徑和使用年限相關(guān)參數(shù)，通過(guò)公式（1）-（4）計(jì)算出拖拉機(jī)前后輪的徑向剛度和徑向阻尼：

=172–69.69+5.6+0.527Krp（1）

式中：—輪胎徑向剛度，kN·m-1；—輪輞半徑，m；—使用年限，a；w—輪胎寬度，m；—輪胎氣壓，Pa。

=0+0.7（2）

式中—輪胎徑向阻尼，kN·s· m-1；C—0氣壓狀態(tài)下輪胎徑向阻尼，kN·s· m-1。

式中：1，2—側(cè)向、縱向剛度，N·(o)-1；1，2—側(cè)偏、滑移剛度，N·rad-1；1，2—輪胎自由長(zhǎng)度，m；1—輪胎動(dòng)力半徑，m。

根據(jù)上述公式計(jì)算，得到前后輪胎的屬性參數(shù)，如表2所示。

在研究拖拉機(jī)行駛的振動(dòng)時(shí)，路面的平整程度將直接影響拖拉機(jī)行駛過(guò)程中振動(dòng)的劇烈程度。ADAMS可以通過(guò)后綴名rdf的路面文件導(dǎo)入到仿真環(huán)境中。根據(jù)GB/T 7031-1986的標(biāo)準(zhǔn)[22]，規(guī)定隨機(jī)路面的等級(jí)分成A-H合計(jì)8個(gè)等級(jí)，利用正弦波疊加的原理在MATLAB中建立隨機(jī)路面的過(guò)程如下：

表2 輪胎屬性參數(shù)

式中—路面的縱向位置；ω—[0,2π]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)。

設(shè)定隨機(jī)路面的縱向坐標(biāo)、橫向坐標(biāo)，得到:

式中(,)—路面上任意點(diǎn)(,)的路面高度；

ω(,)—路面上任意點(diǎn)(,)屬于[0,2π]間的隨機(jī)數(shù)。

本研究選擇使用的是D級(jí)隨機(jī)路面，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的D級(jí)路面參數(shù)在MATLAB建立隨機(jī)路面如圖2所示。

圖2 隨機(jī)路面

Figure 2 The random road

將農(nóng)具和拖拉機(jī)簡(jiǎn)化模型、輪胎模型以及隨機(jī)路面導(dǎo)入ADAMS/View模塊，設(shè)置各個(gè)部件質(zhì)量特性，根據(jù)各部件之間關(guān)系，添加相關(guān)約束，在拖拉機(jī)和座椅連接處添加彈簧阻尼，建立座椅減振系統(tǒng)，在拖拉機(jī)輪胎處創(chuàng)建輪胎轉(zhuǎn)速的控制驅(qū)動(dòng)，在前輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)處創(chuàng)建拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向角的控制驅(qū)動(dòng)，在懸掛裝置提升臂上創(chuàng)建懸掛農(nóng)具提升角度的控制驅(qū)動(dòng)，ADAMS中完成人-機(jī)-路面系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型和懸掛機(jī)構(gòu)位置關(guān)系如圖3所示。

圖3 虛擬樣機(jī)模型

Figure 3 Virtual prototype model

1.2 懸掛農(nóng)具最大質(zhì)量的確定

根據(jù)GB/T 10911-2003標(biāo)準(zhǔn)[23]，為了保證拖拉機(jī)的安全行駛，根據(jù)拖拉機(jī)的前軸靜載荷和最小使用質(zhì)量計(jì)算的懸掛農(nóng)具的最大質(zhì)量：

式中： F—前軸靜載荷，N；min—拖拉機(jī)最小使用質(zhì)量，kg。

根據(jù)拖拉機(jī)后輪最大載荷確定的農(nóng)具最大質(zhì)量：

式中S—后輪最大載荷，N；R—后輪的靜態(tài)載荷，N。

根據(jù)懸掛裝置的最大提升力確定農(nóng)具的最大質(zhì)量：

式中P—工作壓力，MPa；max—最大速比；—機(jī)械效率；—缸筒直徑，mm。

將拖拉機(jī)參數(shù)代入式中，計(jì)算得到拖拉機(jī)允許懸掛的農(nóng)具最大質(zhì)量約為900 kg。

1.3 拖拉機(jī)乘坐舒適性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

人體振動(dòng)舒適性的評(píng)價(jià)方法采用的是GB/T 13441.1-2007中規(guī)定的方法[24]，此方法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種評(píng)價(jià)方法，根據(jù) X、Y、Z軸向的振動(dòng)對(duì)人體振動(dòng)舒適性的影響進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，

根據(jù)GB/T 13441.1-2007標(biāo)準(zhǔn)[24]，采用加權(quán)加速度均方根值對(duì)拖拉機(jī)舒適性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，駕駛員全身聯(lián)合加速度均方根值評(píng)價(jià)拖拉機(jī)行駛平順性。駕駛員全身聯(lián)合加速度均方根值a與人主觀感受之間的關(guān)系如下表3所示。

對(duì)于試驗(yàn)得到的加速度時(shí)域圖進(jìn)行傅里葉變換處理，得到加速度功率譜密度函數(shù)，對(duì)于加速度功率譜密度函數(shù)進(jìn)行頻率加權(quán)處理，得到單向頻率加權(quán)加速度均方根值。

表3 aw與人主觀感受之間的關(guān)系

表4 1/3倍頻程加權(quán)因子

式中：() —頻率加權(quán)函數(shù)；G() —加速度功率譜密度函數(shù)。

根據(jù)國(guó)標(biāo) GB/T 8421-2000[25]，頻率加權(quán)有3種方法實(shí)現(xiàn)：等帶寬法、1/3 倍頻程帶寬法和寬頻帶法。本研究采用 1/3 倍頻程帶寬法實(shí)現(xiàn)頻率的加權(quán)，根據(jù)中心頻率，分析每個(gè) 1/3 倍頻的加速度分量，規(guī)定采樣時(shí)間內(nèi)的平均值。1/3 倍頻程加權(quán)因子如表4所示。

計(jì)算駕駛員全身聯(lián)合加速度均方根值：

式中a、a和a是 X、Y和Z方向的頻率加權(quán)加速度均方根值，m·s-2。

1.4 試驗(yàn)器材安裝

以某型拖拉機(jī)和深松機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，組合慣導(dǎo)系統(tǒng)安裝在質(zhì)心位置，北斗/GPS天線安裝在拖拉機(jī)后視鏡處，4個(gè)單向傳感器安裝在拖拉機(jī)前橋和后橋兩側(cè)，三向加速度傳感器安裝在拖拉機(jī)座椅安裝處，使用蓄電池為傳感器提供恒流電源，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集垂加速度數(shù)據(jù)。儀器安裝位置如圖4所示。

1. 單向加速度傳感器; 2. 北斗/GPS天線; 3. 組合慣導(dǎo)系統(tǒng); 4. 三向加速度傳感器; 5. NI數(shù)據(jù)采集卡。

Figure 4 Instrument installation location

2 結(jié)果與分析

2.1 拖拉機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證

在ADAMS中對(duì)于虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)向振動(dòng)特性的仿真，選擇D級(jí)隨機(jī)路面長(zhǎng)度35 m，拖拉機(jī)行駛速度為4 km·h-1，拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向角度為30°，懸掛裝置內(nèi)提升臂和水平方向夾角提升到最大，仿真試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次，取3次仿真結(jié)果的平均值。

表5 試驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比

實(shí)地試驗(yàn)的地點(diǎn)是安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電園，選擇的地況與仿真地面基本一致，拖拉機(jī)行駛速度為4 km·h-1，轉(zhuǎn)向角度為30°，懸掛裝置內(nèi)提升臂和水平方向夾角提升到最大。實(shí)地試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次，取3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值。數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表5。

從表5結(jié)果對(duì)比可以得到：在轉(zhuǎn)向角度為30°，懸掛裝置和水平方向夾角提升到最大時(shí)，拖拉機(jī)前后橋兩側(cè)的加速度均方根值和座椅安裝處的聯(lián)合加速度均方根值的相對(duì)誤差分別為9.38 %、9.68 %、6.90 %、7.14 %和9.18 %，仿真和試驗(yàn)結(jié)果基本一致，可以滿足接下來(lái)的試驗(yàn)研究。

(a) 拖拉機(jī)空載駕駛員振動(dòng)加速度；(b) 拖拉機(jī)懸掛農(nóng)具300 kg時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度；(c) 拖拉機(jī)懸掛農(nóng)具600 kg時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度；(d) 拖拉機(jī)懸掛農(nóng)具900 kg時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度。

Figure 5 Time domain diagram of the driver's vibration acceleration

(a) 拖拉機(jī)空載駕駛員振動(dòng)加速度功率譜密度；(b) 拖拉機(jī)懸掛農(nóng)具300 kg時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度功率譜密度；(c) 拖拉機(jī)懸掛農(nóng)具600 kg時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度功率譜密度；(d) 拖拉機(jī)懸掛農(nóng)具900 kg時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度功率譜密度。

Figure 6 Power spectral density diagram of the driver's vibration acceleration

圖7 駕駛員全身振動(dòng)聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值

Figure 7 RMS of the whole body weighted acceleration.

2.2 農(nóng)具質(zhì)量對(duì)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向乘坐舒適性的影響

對(duì)拖拉機(jī)虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)向振動(dòng)進(jìn)行仿真，根據(jù)選擇D級(jí)隨機(jī)路面長(zhǎng)度35 m，拖拉機(jī)行駛速度為4 km·h-1。拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向角為12°，懸掛裝置內(nèi)提升臂和水平方向夾角為45°，農(nóng)具選取0 kg、300 kg、600 kg和900 kg 4組不同質(zhì)量等級(jí)。仿真過(guò)程設(shè)計(jì)為：0～5 s拖拉機(jī)靜止，5～7 s拖拉機(jī)加速到4 km·h-1，7～9秒前輪轉(zhuǎn)向12°，9 s后拖拉機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)向行駛狀態(tài)?？紤]到仿真初始階段，拖拉機(jī)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，本研究截取了10 s后勻速階段的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。仿真得出4組不同情況下駕駛員質(zhì)心的振動(dòng)加速度時(shí)域波形圖，如圖5所示，X、Y、Z 分別表示駕駛員在3個(gè)軸向的加速度。

從圖中可以分析出：隨著農(nóng)具質(zhì)量的增大，駕駛員在 X、Y、Z 3個(gè)方向的振動(dòng)加速度變大。在ADAMS軟件后處理模塊中通過(guò)傅里葉變換得到駕駛員質(zhì)心加速度功率譜密度如圖6所示。

根據(jù)GB/T 8421-2000的標(biāo)準(zhǔn)[25]，采用1/3倍頻程帶寬法計(jì)算，得到農(nóng)具質(zhì)量與駕駛員全身振動(dòng)聯(lián)合加權(quán)加速度均方根的關(guān)系曲線，如圖7所示。

從圖7的數(shù)據(jù)可以分析出：當(dāng)懸掛農(nóng)具拖拉機(jī)以 4 km·h-1速度，轉(zhuǎn)向12°行駛，農(nóng)具提升臂和水平方向夾角為45°的時(shí)候，由于座椅懸架減振和拖拉機(jī)的行駛速度較低，拖拉機(jī)空載時(shí)，聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值為0.434 m·s-2，駕駛員稍有不適。當(dāng)懸掛農(nóng)具后，隨著農(nóng)具質(zhì)量增大，駕駛員全身振動(dòng)聯(lián)合加權(quán)加速度均方根由0.434 m·s-2逐漸增大到0.629 m·s-2，駕駛員的不舒適感也逐漸增強(qiáng)。

（a）懸掛農(nóng)具角度20 °時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度；（b）懸掛農(nóng)具角度45 °時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度；（c）懸掛農(nóng)具角度70 °時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度。

Figure 8 Time-domain diagram of the driver's vibration acceleration

（a）懸掛農(nóng)具角度20°時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度功率譜密度；（b）懸掛農(nóng)具角度45 °時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度功率譜密度；（c）懸掛農(nóng)具角度70 °時(shí)駕駛員振動(dòng)加速度功率譜密度。

Figure 9 Power spectral density diagram of the driver's vibration acceleration

圖10 駕駛員全身振動(dòng)聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值

Figure 10 RMS of the driver's whole body weighted acceleration

2.3 農(nóng)具懸掛角度對(duì)拖拉機(jī)乘坐轉(zhuǎn)向舒適性影響

拖拉機(jī)以4 km·h-1在D級(jí)隨機(jī)路面行駛，拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向角為12°，懸掛農(nóng)具質(zhì)量為900 kg，選取懸掛裝置內(nèi)提升臂和水平方向夾角20°、45°和70° 3組不同角度。仿真過(guò)程設(shè)計(jì)為：0～5 s拖拉機(jī)靜止，5～7 s拖拉機(jī)加速到4 km·h-1，7～9 s拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向12 °，9 s后拖拉機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)向行駛狀態(tài)，本研究截取了10 s后勻速階段的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理。仿真得出4組不同夾角工況下駕駛員質(zhì)心的振動(dòng)加速度時(shí)域波形圖如圖8所示，X、Y、Z 分別表示駕駛員在3個(gè)軸向的加速度。

隨著懸掛裝置提升臂和水平方向夾角的增大，駕駛員在 X、Y、Z 3個(gè)方向的振動(dòng)加速度逐漸減小。在ADAMS軟件后處理模塊中通過(guò)傅里葉變換得到駕駛員質(zhì)心加速度功率譜密度如圖9所示，加速度隨著懸掛裝置提升臂和水平方向夾角的增大而減小，但是幅度較小。

根據(jù)GB/T 8421-2000[25]的標(biāo)準(zhǔn)，采用1/3倍頻程帶寬法計(jì)算，得到懸掛裝置內(nèi)提升臂和水平方向的夾角與駕駛員全身振動(dòng)聯(lián)合加權(quán)加速度均方根的關(guān)系曲線，如圖10所示。

從圖10的數(shù)據(jù)可以分析出：當(dāng)懸掛農(nóng)具拖拉機(jī)以4 km·h-1的速度、轉(zhuǎn)向12°行駛、懸掛農(nóng)具質(zhì)量為900 kg的時(shí)候，由于座椅減振和拖拉機(jī)的行駛速度較低，駕駛員稍有不適。當(dāng)懸掛裝置和水平方向夾角增大時(shí)，駕駛員全身振動(dòng)聯(lián)合加權(quán)加速度均方根由0.701逐漸減小到0.558 m·s-2，駕駛員的不舒適感也逐漸減小。

3 討論

本研究以某型拖拉機(jī)和深松機(jī)為研究對(duì)象，建立了人-機(jī)-路面虛擬樣機(jī)模型。研究懸掛農(nóng)具懸掛角度和農(nóng)具自身的質(zhì)量對(duì)于拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向過(guò)程中駕駛員乘坐舒適性的影響。當(dāng)拖拉機(jī)以4 km·h-1進(jìn)行12 °轉(zhuǎn)向時(shí)，農(nóng)具質(zhì)量和懸掛位置對(duì)于駕駛員的乘坐舒適性有很大的影響。農(nóng)具空載和質(zhì)量為300 kg、600 kg、900 kg 4種不同的工況下，駕駛員質(zhì)心位置的聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值分別為0.434 m·s-2、0.474 m·s-2、0.566 m·s-2和0.629 m·s-2；農(nóng)具內(nèi)提升臂和水平方向夾角20°、45°和70° 3種工況下，駕駛員質(zhì)心位置的聯(lián)合加權(quán)加速度均方根值為0.701 m·s-2、0.629 m·s-2和0.558 m·s-2。仿真結(jié)果表明拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程中，懸掛農(nóng)具的質(zhì)量越大、懸掛角度越小，駕駛員質(zhì)心位置的聯(lián)合加速度均方根值越大，駕駛員舒適性越低。

分析本研究的試驗(yàn)驗(yàn)證部分，試驗(yàn)驗(yàn)證值比仿真值略大，其原因可能由兩點(diǎn)，一是沒(méi)有考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)于其他位置振動(dòng)的影響；二是拖拉機(jī)和人體模型建立的還不夠精確。后續(xù)研究中可以考慮分析多個(gè)不同轉(zhuǎn)向角度對(duì)于拖拉機(jī)振動(dòng)的影響；可以考慮對(duì)于拖拉機(jī)和人體的建模更加精細(xì)，對(duì)于人體各個(gè)不同位置的振動(dòng)情況分析；本研究為拖拉機(jī)的減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了重要參考。

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Influence of hanging farm tools on riding comfort of tractor steering

CHEN Pushuang1, NI Weiqiang1, WU Saifei1, SHANG Lili1, XU Liangyuan1,2, YANG Yang1,2, JIANG Qing1,2

(1. School of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036;2. Anhui Province Engineering Laboratory of Intelligent Agricultural Machinery and Equipment, Hefei 230036)

In this paper, taking the tractor and deep loosening machine as the research object, the model of tractor and farm tool were established in UG and imported into ADAMS, and the virtual prototype model of a driver - tractor - road surface was established in ADAMS. The influence of the mass of farm tools and the angle of suspension on the driver's riding comfort in the process of tractor steering was studied. When the tractor was unloaded and the hanging farm tool was 300 kg, 600 kg and 900 kg, the RMS of the joint weighted acceleration of the tractor driver was 0.434, 0.474, 0.566 and 0.629 m·s-2. When the angle between the lifting arm and the horizontal direction of the tractor hanging farm tool increases from 20° to 45° and 70°, the RMS of the weighted joint acceleration of the tractor driver was 0.710, 0.629 and 0.558 m·s-2. The results showed that, the greater the mass of the hanging farm tools, the smaller the hanging angle of the farm tool, the larger RMS of the joint weighted acceleration of the tractor driver, the more uncomfortable for the driver. This study provides an important reference for the vibration reduction design of tractors in the later stage.

tractor; farm tools; vibration; steering; comfort

S222.3

A

1672-352X (2021)03-0488-08

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210706.022

2021-7-12 11:06:45

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210709.1707.004.html

2020-07-17

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0700104）資助。

陳普雙，碩士研究生。E-mail：2812648201@qq.com

許良元，博士，教授。E-mail：xlyjwh@ahau.edu.cn