基于ADAMS的铰接轮式重型拖拉机振动特性分析

    在不到 10 年的时间里，国内轮式拖拉机产品的研发得到了较快发展，研发的产品功率已从一百马力上升到三四百马力。随着国外厂商重型拖拉机先进产品的先期进入和国内拖拉机市场与用户的成熟，对拖拉机产品的驾驶舒适度的要求越来越高。从而对轮式拖拉机进行减振和隔振措施的研究与开发提出了要求。

    拖拉机的振动主要来自整机与粗糟地面的相互作用［1］，国外学者在拖拉机振动及对人体的影响方面做了大量研究工作［2 －3］。在结构和布置形式上，铰接轮式重型拖拉机有自身鲜明的特点，与传统的前桥摆动转向式拖拉机有较大差异，从而未采用文献［4］中的前后桥减振结构。有关重型轮式拖拉机铰接闭环机构动态特性的研究还不多见，国内有关拖拉机虚拟样机技术的研究工作还不多［5］。文中采用国家标准中规定的 35 m 较粗糙人工试验跑道对铰接轮式重型拖拉动规律。

    1 理论模型的建立

    1． 1 多体系统动力学模型

    根据某重型轮式拖拉机整机结构及技术参数，将拖拉机结构部件划分为前车架、后车架、连接杆、转向油缸组件、机罩、动力传动、前后桥和驾驶室等部件。其中前车架、机罩、动力传动、前桥和驾驶室按照空间布置，刚性连接并组成前车架总成，后车架、后桥和后配重刚性连接并组成后车架总成。利用 Pro/E 软件建立各总成三维模型，连接杆和转向油缸各组件单独建模。获得各零部件动力学模型质量参数: 质量、转动惯量及质心位置。在 ADAMS 软件仿真环境中建立如图 1所示的多体动力学模型。惯性坐标系选在初始行位 R 点，x 轴正方向为拖拉机前进方向，z 轴正方向为垂直向上，按笛卡儿坐标系建立 y 轴的正方向。前车架总成、后车架总成和连接杆的质量参数如表 1 所示。模型由拖拉机结构部件、GB/T 10910—2004 规定的35 m较粗糙人工试验跑道和反映拖拉机与跑道相互作用的轮胎组成。

　　前后车架总成通过各自的 R 点及连接杆 PQ 相互连接，形成空间闭环系统。其中，R 点为球铰对前后车架总成进行约束，连接杆PQ与前车架在P点用垂直方向旋铰连接，与后车架在 Q 点用两方向相对移动( 点在线上) 约束连接。两端十字铰接形式的转向油缸EF 按照空间实际约束形式建模。其中，前后车架与油缸活杆或油缸筒通过十字铰件连接，十字铰件与前后车架、油缸活塞杆和油缸筒均为旋转铰连接，油缸活塞杆和油缸筒为圆柱铰连接。前后轴轮胎为宽基轮胎，型号相同。各轮胎在轮胎安装点与前后桥以旋转铰连接。R，P和Q点约束形式及参数见表2。ρ'iTα和ρ'iTβ为R，P 和 Q 点在相应连体基坐标系下坐标矩阵的转置; d'T，d'1Tβ，d'2Tβ为R，P 和Q 点约束辅助基矢量; s，r2s和d2分别为 R 点的球铰约束、P 点的旋转铰约束和 Q 点的点在线上约束的简记符号。