工农一5型手扶拖拉机手把振动的测试分析及评价

    摘要  通过理论分析和振动测试，探索了工农一5型手扶拖拉机手把振动主要振源及其振动特性，并根据国际标准IS0 5349进行了振动评价，发现手把振动的主要激励源是发动机，研究结果为手拖手把减振装置的研制提供了理论依据，关键词  工农一5型手扶拖拉机；手把；振源；振动特性；幅值频谱中图分类  S219.6

    目前我国手扶拖拉机的保有量已达800万台，其使用范围很广，不仅用于农田作业，而且大量用于短途运输．由于手扶拖拉机手把结构为一悬臂梁，动力为单缸柴油机，造成手扶拖拉机工作时手把剧烈振动，通过研究发现，当手受到较长时间剧烈振动时，轻者工作效率降低、路感迟钝、甚至导致交通事故，重者将引发肢端血管痉挛、关节变形、神经末梢障碍、头晕和记忆力衰退等症状，手把振动严重地危害了驾驶员的身体健康和交通安全，因此，对手扶拖拉机手把振动特性的研究具有重要的理论意义和实用价值．

1  振源分析

    手扶拖拉机手把的振动来自发动机和路面这两个主要激励源．

1.1发动机激励

    手扶拖拉机的发动机为单缸机，其平衡性能差，活塞和连杆等运动所产生的惯性力和汽缸内燃气压力是手拖手把振动的主要激励源．

    根据内燃机动力学理论‘11可知，四冲程单缸发动机的扭矩Y’由汽缸内燃气压力产生的扭矩？’。和惯性力产生的扭矩l’，组成，11。和F均是周期性波动变化，对它们进行谐波分析可得式.  叫为发动机角速度，由此可见扭矩了1中不仅应含有同发动机转速的相应频率成整数倍的倍频分量，而且还包含有1/2倍频的谐波成分．

1.2路面激励

    手扶拖拉机是在乡村公路上行驶，凹凸不平的路面会产生路面激励，从而引起手把的振动，但由于手扶拖拉机轮胎的气压较低，遇到路面的凹凸处时轮胎变形较大，路面与轮胎接触时间较长，而且轮胎橡胶层很厚，对冲击有较大的阻尼作用，所以冲击引起的振动衰减较快．前人研究结果表明，路面激励引起的手把振动加速庋仅占手把振动加速度的20%左右口]．可见，手把的主要振动激励源是发动机，因而，可以用静态测试代替路试，使测试工作大为简化．

2  手把振动测试

2.1  试验方法和测试设备

2.1.1试验方法    把拖拉机停在平坦的水泥地面上，驾驶员摸拟工作状态握住手把，发动机转速为3 000 r／min，分别测取各测点的三向加速度信号，根据IS0 5349-1986(E)[31的规定，测试点(H点)应在手柄与手接触处之间或附近，坐标原点应置于手的第三掌骨．（本试验中H点在手把橡胶套部位距端部2/3处‘41），其方向如图1所示．为了研究振动在整个手把上的传递规    为保证三轴向互相垂相相交，自制一传感器律，我们在手把上另取4个测试点（图2）． 支架装于手把上．试验时，传感器测试的加速2.1.2测试设备    手把的三向加速度测    度信号由YE5938动态数据采集器采集和记取用3个重量轻、频响特性好的CA-YD127    录，利用该采集器可在现场直接显示信号的型加速度传感器代替整体式加速度传感器， 时域波形、功率谱及加速度的最大值和有效值，以便对测试过程进行监视．

2.2试验结果及分析

    试验时，YE 5938动态数据采集器记录的数据通过RS 232-C串行接口传递到AST486微机处理系统中，利用MFD2振动监测软件进行数据处理和分析，分析频带为0-2000 Hz．

    发动机为3 000 r／min时H点矾、yh、‰三个方向的时域波形和幅值频谱见图3，从图3中可以清楚地看到发动机激励的频率特性．Xh、弘、Z三个方向振动的最大峰值点均出现在50 Hz(即发动机转速为3 000 rlmin时的工作频率)处，其它的主要峰值点出现在25、75、100、125、150、175和200 Hz等处．即手把振动的频率包括工作频率及工作频率的1/2、3/2、2、5/2、3、7/2和4等倍频率的谐波成分，这和1.1节中的理论分析结果是完全相符的．另外，还可发现振动能量主要集中在0～200 Hz范围内，3个方向中，z方向的振动最严重．

    A，B，C，D等点处的振动规律和H点处极为相似，限于篇幅，其时域波形和幅值频谱此处从略．对各点的振动加速度频谱的主要峰值（表1）加以比较可见，振动在手把扶手架上的传递是被逐渐放大的，这说明扶手架结构对振动非但无衰减作用，相反却使来自发动机的振动得到一定程度的放大．

3  手把振动的评价

    本文按IS05349标准中的相对评价法进行评价．标准建议按三轴向中加权加速度最大的一轴进行评价，图4为IS05349标准的评价曲线，它表示了4小时频率加权能量等效加速度振动病发病前的受振年限7’r和发病率C三者之间的关系，    其中4小时频率加权能量等效加速度可