從手扶拖拉機(jī)和駕駛員組成的大系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及振撅2 個(gè)方面對手扶拖拉機(jī)手把的振動(dòng)進(jìn)行了研究。首先用試驗(yàn)棋態(tài)分析技術(shù)研究了大系統(tǒng)的固有頗率和振型, 然后對2 個(gè)主要振像( 路面激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)) 分別引起的手把振動(dòng)的振動(dòng)特性進(jìn)行了深入的分析, 并通過瀏試確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)是最主要振探. 分析了這2 種激勵(lì)各自的特點(diǎn).

關(guān)健詞：手扶拖拉機(jī), 手把振動(dòng), 柴油機(jī)動(dòng)力學(xué). 模態(tài)分析, 振型; 振撅; 固有頗率, 振動(dòng)特性

中圈分類號5 219. 6 0 一; 0 527

目前在我國, 手扶拖拉機(jī)是農(nóng)用拖拉機(jī)的主要機(jī)種之一。由于手扶拖拉機(jī)的手把為一懸甘梁結(jié)構(gòu), 且發(fā)動(dòng)機(jī)為單缸柴油機(jī), 因此工作時(shí)手把振動(dòng)劇烈, 其振動(dòng)t 級超過了人體所能承受的范圍, 有可能造成手臂的血管、神經(jīng)、骨骼和關(guān)節(jié)等組織的嚴(yán)重?fù)p傷。另一方面, 振動(dòng)還將影響手扶拖拉機(jī)的正常工作, 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞破壞或脫檔。由于上述原因, 手扶拖拉機(jī)手把振動(dòng)的治理引起了國內(nèi)不少研究者的關(guān)注。我國已經(jīng)開始制定有關(guān)手扶拖拉機(jī)手把振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。

目前大家關(guān)心的問題是如何減小手扶拖拉機(jī)手把振動(dòng)的量級。

手扶拖拉機(jī)手把的振動(dòng)是手扶拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)和駕駛員身體組成的大系統(tǒng)對路面和發(fā)動(dòng)機(jī)這2 個(gè)主要激勵(lì)的響應(yīng), 其大小不僅與這2 種激勵(lì)的特性有關(guān), 而且與整個(gè)大系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。國內(nèi)已有不少學(xué)者研究了手扶拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)態(tài)特性, 但實(shí)際工作時(shí)駕駛員的參與不僅改變了原來結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布, 而且改變了手把的支承情況, 所以必須把手扶拖拉機(jī)和駕駛員當(dāng)作一個(gè)整體來研究。

筆者用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)研究了手扶拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)和駕駛員人體組成的大系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性, 得到了手扶拖拉機(jī)一駕駛員系統(tǒng)的固有頻率、主振型等模態(tài)參數(shù), 然后從理論上比較系統(tǒng)地分析了路面激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)各自的特點(diǎn), 并通過試驗(yàn)定量地確定了這2 種激勵(lì)對手把振動(dòng)的作用, 結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)是造成手把振動(dòng)的主要原因。這為手把振動(dòng)的治理提供了依據(jù).

1 手扶拖拉機(jī)一駕駛員系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

為了研究手扶拖拉機(jī)在駕駛員正常操作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性, 用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法研究了手扶拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)和駕駛員人體組成的大系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

試驗(yàn)時(shí)將手扶拖拉機(jī)放置在剛性支架上, 用大推力振動(dòng)臺對其施加1 0 N 的隨機(jī)激振力,測t 手扶拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)和駕駛員身體上共25 個(gè)點(diǎn)的響應(yīng)。試驗(yàn)對象駕駛員為身高1.70 m、體重60 kg 的健康男青年。試驗(yàn)時(shí)要求駕駛員像平時(shí)工作一樣手握手把。有關(guān)測試方法和試驗(yàn)的詳細(xì)情況見文獻(xiàn)【4 〕。

利用曲線擬合方法對測得的頗率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行參數(shù)識別, 得到了被測系統(tǒng)的前10 階固有頻率和相應(yīng)的振型。圖1 為其中與手把振動(dòng)密切相關(guān)的第7 和第8 階固有頻率和3.05 Hz )所對應(yīng)的振型。這2 階振型表明手把和人手處的振幅都很大。

值得指出的是, 這2階固有頻率都在發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速2 O0 r / m in 附近, 也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)就會引起手扶拖拉機(jī)一駕駛員系統(tǒng)的共振。這是造成手扶拖拉機(jī)手把振動(dòng)大的內(nèi)在原因。

2 手把振動(dòng)的振源分析

1 路面激勵(lì)對手把振動(dòng)的影響

在輪胎參數(shù)相同的條件下, 路面對輪胎的作用力與路面凹凸的幾何形狀和地面的物理特性有關(guān), 也與輪子的行駛速度有關(guān)[s1。

行駛速度高時(shí), 路面上凸出部分與輪胎的接觸時(shí)間短, 沖擊力大, 引起的振動(dòng)就劇烈, 所以在公路上高速行駛時(shí)手扶拖拉機(jī)手把的振動(dòng)比田間作業(yè)時(shí)要大得多。但由于手扶拖拉機(jī)輪胎的氣壓較低, 遇到地面的凹凸處時(shí)輪胎變形較大, 路面與輪胎接觸時(shí)間較長, 而且輪胎橡膠層很厚, 對沖擊有較大的阻尼作用, 所以沖擊引起的高頻成分衰減較快, 這樣由于路面的凹凸不平引起的振動(dòng)中高頻成分較小。

3 手把振動(dòng)的實(shí)測結(jié)果

以上從理論上分析了2 種激勵(lì)的特點(diǎn)。由于路面情況復(fù)雜, 對路面與輪胎的沖擊力難以進(jìn)行定t 分析. 每種激勵(lì)對手把振動(dòng)影響的定量關(guān)系, 可以通過實(shí)驗(yàn)測試得到。

試驗(yàn)時(shí), 分別測量了在載荷和車速相同的條件下手扶拖拉機(jī)正常行駛和被其他車輛用繩索拖動(dòng)時(shí)手把振動(dòng)的信號。通過對這2 組數(shù)據(jù)的分析, 可以得到手扶拖拉機(jī)實(shí)際工作時(shí)路面激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)對手把振動(dòng)的影響的定量關(guān)系。

試驗(yàn)用拖拉機(jī)為工農(nóng)一12 型手扶拖拉機(jī), 其發(fā)動(dòng)機(jī)為51 95 型柴油機(jī)。試驗(yàn)時(shí)手扶拖拉機(jī)拖有質(zhì)量為1.s t的拖車, 車內(nèi)裝有I t 細(xì)砂。手扶拖拉機(jī)行駛在一般柏油路面上。測試儀器如圖4 所示。手把振動(dòng)信號用略.K 4 3 21 型三向加速度計(jì)測量, 將加速度計(jì)用一特制夾具夾緊在手扶拖拉機(jī)手把上駕駛員操縱處附近(以不影響駕駛員操作為限)。測得的振動(dòng)信號經(jīng)舀隊(duì)K 2 6 3 5 型電荷放大器放大后, 用MR 一3 OC 型磁帶機(jī)記錄, 然后在實(shí)驗(yàn)室回放, 并用略K 2 0 3 4 型動(dòng)態(tài)信號分析儀處理, 得到手把上3 個(gè)方向振動(dòng)加速度的自功率譜和總加速度的均方根值。手把上的3 個(gè)振動(dòng)方向。和島按手振動(dòng)國際標(biāo)準(zhǔn)圖定義的方向確定。