手扶拖拉机手把振动的振源及振动特性

从手扶拖拉机和驾驶员组成的大系统的动态特性及振撅2 个方面对手扶拖拉机手把的振动进行了研究。首先用试验棋态分析技术研究了大系统的固有颇率和振型, 然后对2 个主要振像( 路面激励和发动机激励) 分别引起的手把振动的振动特性进行了深入的分析, 并通过浏试确认发动机激励是最主要振探. 分析了这2 种激励各自的特点.

关健词：手扶拖拉机, 手把振动, 柴油机动力学. 模态分析, 振型; 振撅; 固有颇率, 振动特性

中圈分类号5 219. 6 0 一; 0 527

目前在我国, 手扶拖拉机是农用拖拉机的主要机种之一。由于手扶拖拉机的手把为一悬甘梁结构, 且发动机为单缸柴油机, 因此工作时手把振动剧烈, 其振动t 级超过了人体所能承受的范围, 有可能造成手臂的血管、神经、骨骼和关节等组织的严重损伤。另一方面, 振动还将影响手扶拖拉机的正常工作, 导致结构疲劳破坏或脱档。由于上述原因, 手扶拖拉机手把振动的治理引起了国内不少研究者的关注。我国已经开始制定有关手扶拖拉机手把振动的标准。

目前大家关心的问题是如何减小手扶拖拉机手把振动的量级。

手扶拖拉机手把的振动是手扶拖拉机结构和驾驶员身体组成的大系统对路面和发动机这2 个主要激励的响应, 其大小不仅与这2 种激励的特性有关, 而且与整个大系统的动态特性有关。国内已有不少学者研究了手扶拖拉机结构本身的动态特性, 但实际工作时驾驶员的参与不仅改变了原来结构的质量分布, 而且改变了手把的支承情况, 所以必须把手扶拖拉机和驾驶员当作一个整体来研究。

笔者用试验模态分析技术研究了手扶拖拉机结构和驾驶员人体组成的大系统的动态特性, 得到了手扶拖拉机一驾驶员系统的固有频率、主振型等模态参数, 然后从理论上比较系统地分析了路面激励和发动机激励各自的特点, 并通过试验定量地确定了这2 种激励对手把振动的作用, 结果表明发动机激励是造成手把振动的主要原因。这为手把振动的治理提供了依据.

1 手扶拖拉机一驾驶员系统的动态特性

为了研究手扶拖拉机在驾驶员正常操作时的动态特性, 用试验模态分析方法研究了手扶拖拉机结构和驾驶员人体组成的大系统的动态特性。

试验时将手扶拖拉机放置在刚性支架上, 用大推力振动台对其施加1 0 N 的随机激振力,测t 手扶拖拉机结构和驾驶员身体上共25 个点的响应。试验对象驾驶员为身高1.70 m、体重60 kg 的健康男青年。试验时要求驾驶员像平时工作一样手握手把。有关测试方法和试验的详细情况见文献【4 〕。

利用曲线拟合方法对测得的颇率响应函数进行参数识别, 得到了被测系统的前10 阶固有频率和相应的振型。图1 为其中与手把振动密切相关的第7 和第8 阶固有频率和3.05 Hz )所对应的振型。这2 阶振型表明手把和人手处的振幅都很大。

值得指出的是, 这2阶固有频率都在发动机的额定转速2 O0 r / m in 附近, 也就是说发动机正常工作时就会引起手扶拖拉机一驾驶员系统的共振。这是造成手扶拖拉机手把振动大的内在原因。

2 手把振动的振源分析

1 路面激励对手把振动的影响

在轮胎参数相同的条件下, 路面对轮胎的作用力与路面凹凸的几何形状和地面的物理特性有关, 也与轮子的行驶速度有关[s1。

行驶速度高时, 路面上凸出部分与轮胎的接触时间短, 冲击力大, 引起的振动就剧烈, 所以在公路上高速行驶时手扶拖拉机手把的振动比田间作业时要大得多。但由于手扶拖拉机轮胎的气压较低, 遇到地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, 所以冲击引起的高频成分衰减较快, 这样由于路面的凹凸不平引起的振动中高频成分较小。

3 手把振动的实测结果

以上从理论上分析了2 种激励的特点。由于路面情况复杂, 对路面与轮胎的冲击力难以进行定t 分析. 每种激励对手把振动影响的定量关系, 可以通过实验测试得到。

试验时, 分别测量了在载荷和车速相同的条件下手扶拖拉机正常行驶和被其他车辆用绳索拖动时手把振动的信号。通过对这2 组数据的分析, 可以得到手扶拖拉机实际工作时路面激励和发动机激励对手把振动的影响的定量关系。

试验用拖拉机为工农一12 型手扶拖拉机, 其发动机为51 95 型柴油机。试验时手扶拖拉机拖有质量为1.s t的拖车, 车内装有I t 细砂。手扶拖拉机行驶在一般柏油路面上。测试仪器如图4 所示。手把振动信号用略.K 4 3 21 型三向加速度计测量, 将加速度计用一特制夹具夹紧在手扶拖拉机手把上驾驶员操纵处附近(以不影响驾驶员操作为限)。测得的振动信号经舀队K 2 6 3 5 型电荷放大器放大后, 用MR 一3 OC 型磁带机记录, 然后在实验室回放, 并用略K 2 0 3 4 型动态信号分析仪处理, 得到手把上3 个方向振动加速度的自功率谱和总加速度的均方根值。手把上的3 个振动方向。和岛按手振动国际标准图定义的方向确定。