振动响应履带底盘框架结合兴奋的引擎

文摘

有许多的振动和噪声问题结合工作。的主电源和激励源结合,发动机的工作状态直接影响整个收割机的可靠性和稳定性。以汽车车架的振动响应特性分析发动机激励下的振动机理和理论激发发动机振动源的特点分析了履带式联合收割机本文和底盘发动机激励下的振动响应测试和分析。理论推导后,建立了发动机和底盘两个自由度的动力学模型。实验结果表明,发动机产生的上下振动的主要振动源方向,主要的激励频率是二阶发射频率。本文提供了理论参考和实验基础减振和降噪的结合和汽车车架的振动特征。

1。介绍

爬虫谷物联合收割机是一个复杂的大规模农业收割机收割的功能于一体,脱粒、分离、和清洁(1- - - - - -3]。在田间收获操作复杂的工作条件下,汽车车架多源激励下的振动特性是复杂多变的,这将影响整机的可靠性和操作安全性领域收获(4- - - - - -6]。整机的振动很大,部分很容易被损坏,和整机的可靠性很低,严重影响收获效率和身心健康的司机和农民带来不可估量的损失1]。

结合底盘是整个机器的主要部分之一,轴承的引擎和其他地区。在工作过程中,汽车车架的振动激励引起的路面和其他部分的影响,然后,整个画面就会出现明显的振动。严重的振动将减少结合的可靠性,导致汽车车架的疲劳损伤,并最终影响整机的工作效率(7- - - - - -9]。Turkay和Akcay研究了随机动态振动特性的1/4车辆模型,并指出车辆随机振动的影响因素10];Mareta等人建立了一个1/4车辆悬架系统的振动模型,推导出振动微分方程,并研究了车辆悬架系统的隔振性能通过输入典型车辆参数(11];谢哈塔等人使用MATLAB / Simulink解决数学模型和运动方程的季度车辆悬架系统(12];Karaoglu和Kuralay进行应力分析和实验研究卡车底盘框架基于有限元分析软件和优化框架的结构参数(13];陈等人把大米组合为研究对象。基于多源激励的结合,汽车车架和脱粒机组装成一个完整的联合收割机。组合框架的振动响应推导了多源激励下的动力学模型结合框架建立了7自由度刚体。在此基础上,MATLAB仿真分析的开发动态激励模型的参数和振动响应(14]。

的电源相结合,结构模式,发动机的机械特性和运动学特征的振动将产生巨大影响。激励效应是一个重要的组合框架的疲劳失效的原因。因此,它是特别重要的研究发动机振动源的激励特征的联合收割机。近年来,国内外学者开展了一些研究工作在结构动力学和振动模态的各种来源的收割机械。Ebrahimi等人进行了振动建模和修改标题的收获通过运行模态分析(OMA)和对标题进行了动态分析的有限元模型。试验结果表明,模态参数(固有频率)预测和测量是相互验证15];个等人研究了线性疲劳累积损伤机制,通过加载时间历史和载荷谱(16];Kumar等人使用ANSYS模态分析是进行车辆变速箱获得其固有频率和振动模式(17];Chandru等人发现之间的关系框架振动和模态分析的结果进行了比较,其固定约束的传输框架在不同约束条件下18]。

摘要履带底盘框架的结合为研究对象。振动理论和现场试验相结合来研究发动机振动之间的耦合变量加载和履带的收获的主要框架结合,探索汽车车架的振动机理和响应的履带结合激励下的引擎。根据发动机的结构特点和工作特点,建立了动力学模型。底盘和发动机的振动测试在多个工作条件下进行,与振动响应进行了分析。它不仅提供了理论基础的振动机理研究履带结合还提供了实验依据底盘的振动响应研究。它也有一定的参考价值的减振、降噪和收割机的结构优化。

2。建立振动系统的动力学模型

2.1。建立发动机动态模型

发动机的电源是履带结合。周期性的推力产生的高温、高压气体燃烧和连杆式杆机构运动的不平衡惯性力是主要的激励外部世界,传递到汽车车架和整个机器通过安装支架和传输系统。最有效的方法来减少振动的联合收割机是减少振动振幅。大多数现有的爬虫结合引擎是四缸直列式发动机,即四单缸发动机的线性组合。

当气体发动机的工作行程,高温和高压气体推动活塞向下移动跟踪,使曲柄驱动轴的旋转通过连杆点,向外输出的驱动力。当发动机在其他中风,曲轴不平衡惯性力的仍然可以驱动活塞上下移动,但其角速度的变化。为了便于进一步分析,力学模型建立了履带的单缸发动机结合,如图1(一)(19]。

建立坐标系,如图1(一),计算活塞的纵坐标如下:

如果的曲柄连杆的比率 ,然后方程(1)可以改变 来

它可以看到从几何关系

忽略高阶部分后,

活塞的位移

由一个导数是获得的速度

二次推导获得的加速度是多少

建立了单缸引擎的动态模型如图1 (b)。气体活塞上的力是 ;连杆的质量相当于活塞是记录为 ;曲轴的质量相当于铰链点连杆的记录 。然后,惯性力点是 ,,点活塞的 。具体计算公式如下。 作为 一阶惯性力(N)和吗 是二阶惯性力(N)。

根据单缸引擎的整体结构,力平衡的条件如下:

此外,高温和高压气体发动机汽缸也作用于发动机气缸头,生产周期冲击信号。这个冲击信号,包括部队 , , ,和 ,也可以传递给汽车车架通过发动机悬置支架。

四缸直列式发动机,四个单缸发动机的曲柄o-point轴上安装反过来根据一定的角度,如图2(20.]。不同的单缸发动机,四缸引擎产生的激发力的合力是四缸块。因为曲柄角的四缸引擎的履带结合分布180度,垂直旋转惯性力的曲柄可获得如下:

水平旋转惯性力

第一个活塞的惯性力

二阶惯性力

列平衡方程

它可以看到从方程(14)的块四缸引擎只是受到的二阶分量的影响 - - - - - -气体压力和惯性力的方向,和一阶组件 - - - - - -方向力是平衡的21]。

2.2。激振力产生的引擎

履带的引擎结合焊接是汽车车架通过隔振器的支持。为了掌握爬虫结合的振动机理,振动源,即。激发力的发动机,底盘框架,进行了分析。汽车车架的刚性结构,列出平衡方程:

质心坐标系方向的发动机是一样的爬虫结合的主要方向。 用来表示每个安装点的坐标,然后呢是每个曲轴端之间的距离和重心。因此,激励模型的转矩平衡方程可以列出如下: 在哪里 , ,和表示发动机的转动惯量的时刻 , ,和轴,分别。是角加速度(rad / s²),转动惯量(公斤·米²),是输出扭矩(N·m)。

从公式可以看出(15)和(16力)的组成部分汽车车架上的发动机是一样的燃烧压力和二阶惯性力22,23]。由于四个气缸活塞的力,组件的形式可以转换为所示 在哪里代表振幅恒定的一部分周期性变化的激力(N)的一部分,的圆频率曲柄(rad / s),是初始相角,不断的激发力(N),,然后呢的激发力引擎(N)。

2.3。发动机激励下汽车车架的振动模型

履带的功能和实用性相结合确定其传动结构的复杂性和组件。为了分析系统的振动特性,爬虫的主要框架结合相当于机械数学模型、主框架和组件离散成等效刚体与某些质量。组件的连接模式是由几个阻尼装置和弹簧。然后,振动系统可以表示为线性系统具有多个自由度。

在multidegree-of-freedom系统中,每个组件的相对位置需要更多的独立坐标准确定义。有许多振动源和复杂的履带传动系统结合。学习时的振动特性的主要框架和每一个振动源,我们应该添加尽可能多的自由度来模拟实际工作状态的机器,以便获得更准确的模拟结果。然而,当有太多的框架的自由度振动系统,仿真过程将变得非常复杂24- - - - - -26,很难准确地定义每个仿真参数的振幅。

因此,合理的定义和规划multidegree-of-freedom履带结合帧和振动源的振动模型具有重要意义的振动机理、振动响应研究、减振和降噪的底盘。学习时的振动系统由底盘框架和引擎,它们可以简化为最简单、最经典的二自由度振动模型,如图2。

图中的主要参数及含义如下:是汽车车架质量(公斤),发动机质量(公斤),汽车车架之间的连接刚度和跟踪(N / m),是发动机安装支架的刚度(N / m),是发动机安装支架的阻尼(N·s / m),汽车车架的位移矢量在系统(m),的位移矢量引擎(m),然后呢是路面粗糙度函数的领域。

在发动机和汽车车架振动系统的动态模型,建立了系统的振动微分方程推导出。常见的推导方法是拉格朗日法和牛顿法。拉格朗日方法主要列出了势能,动能和耗散的能量系统,分别替代成第二类拉格朗日方程(27),通常适用于系统有更多的自由度和复杂的结构。牛顿法主要使用牛顿第二运动定律来分析振动模型中的每个组件分别的力量、协调力平衡方程或力矩平衡方程(28,29日),适用于简单的系统结构和一些自由度。因此,在本文中,使用牛顿法推导出振动微分方程的两个自由度的汽车车架和发动机的振动模型如下: 在哪里是汽车车架质量(公斤),发动机质量(公斤),汽车车架之间的连接刚度和跟踪(N / m),是发动机安装支架的刚度(N / m),是发动机安装支架的阻尼(N·s / m),汽车车架的位移矢量在系统(m),的位移矢量引擎(m),然后呢是路面粗糙度函数的领域。

它可以看到从方程(18)二自由度振动模型包含两个耦合常微分方程。它改写为矩阵形式如下: 在哪里是系统的输入矩阵,是输入位移列向量的人行道上,质量矩阵,阻尼矩阵,刚度矩阵。相应的表达式如下:

方程(19)可以写成状态方程:

3所示。振动测试和特点的分析引擎和底盘框架

发动机的激励作用是传输到发动机上的底盘框架支持,导致振动。框架取决于RMS值的振动的振幅,主频率和功率谱密度。实验数据主要是在时域和频域分析,以研究不同工作条件下汽车车架的振动特征。

3.1。发动机和底盘的振动测试

机器的振动响应特征通常是通过运动,位移、速度和加速度。考虑到简单明了三之间的关系以及加速度计的频率响应范围大,灵敏度高,适用于收购合并测试信号(30.]。在测试使用的仪器是DH5902振动测试和分析系统和三向加速度传感器。在测试期间,五个主要衡量点排列的底盘框架结合,其中发动机托架振动源测量点,和四个计量点排列在汽车车架,即左前、左后、右前、右后。具体数据如表所示1。在测试中,采用连续随机抽样法来收集三个方向的振动加速度信号每个测点。根据采样定理,采样频率应该至少有两次分析信号的频率。因此,采样频率设置为2.56 kHz和采样时间是30年代。

在测试中,整个机器的前进方向 - - - - - -正方向,横向方向 - - - - - -正方向,垂直地向上 - - - - - -积极的方向。然后,根据发动机的不同的操作条件和整个机器的工作状态,四个实验条件设置;即,整个机器是在静态和空载状态(只有发动机工作和加速器很小),整机处于静态和空载状态(部分工作,小油门),整机移动(只有发动机工作,大油门),和整个机器移动(部分工作,大油门),如表所示2。

3.2。分析发动机振动源的特征

在不同的工作条件下,发动机的输出速度和外部激励力量也不同。为了分析履带结合汽车车架的振动响应造成的发动机运行,发动机在不同工作条件下的励磁特性进行了分析。测试将采用垂直同轴的四缸四冲程柴油机。速度是1500 r / min,额定转速2700 r / min条件下的怠速和小油门。点火顺序主要是二阶。所示的计算 在哪里发动机点火频率(赫兹),发动机转速(r / rpm),然后呢是发动机气缸的数量。四缸引擎的速度是1500 r / min怠速的情况下和小油门,二阶发射频率的计算值是50赫兹,这是作为发动机的工作频率条件下的怠速和小油门。当振动试验进行了静态和空载条件下(只有发动机工作和节流很小),发动机转速保持在1500 r / min,如图和频谱特征3。当发动机转速增加到额定转速2700 r / min,整机处于静态和空载状态(只有发动机工作时,大油门)。二阶发射频率的计算值是90赫兹。这个频率作为发动机的工作频率条件下的怠速和高油门,及其频谱特性如图4。

从数据可以看出3和4,发动机在怠速的主要振动频率是49.688赫兹,这是接近计算二阶倍频(50赫兹);空转的情况下和大油门,主要的振动频率是92.5赫兹,这是接近二阶倍频(90赫兹)的2700 r / min的发动机在怠速和大油门条件下,表明振动测试结果与计算值相一致;二阶发射频率是发动机的主要振动频率。此外,还有不同的顺序在引擎在两个频率成分的工作条件。

3.3。时间频率域分析底盘的振动

主要振动加速度的时域平均值汽车车架的三个方向的统计分析得到的实验数据在每一个方向。具体的数据结果见表3。加速度的均方根值总额的直角坐标系中的每个测点的振动可以通过计算 在哪里是总振动的加速度的均方根值在每个测点(m / s²),是加速度的均方根值的某一测点在吗方向(m / s²)。

从表可以看出3的总振动,当每个测点最大,联合收割机在整机行走工况(部分工作),而振幅最小的工况下整机静态和空载状态(只有发动机工作和小油门工作)。与条件2和4相比,可以看出每个测点的振动强度对汽车车架显著增强所有组件工作时,这可能是由于振动耦合或引擎和其他振动来源之间的共振。此外,相比之下,条件2和4或条件1和3,他们之间有大的振幅差异,这表明磁场的励磁路面是不容忽视的。

首先,根据每个测点的时域曲线在图5当发动机在怠速和小节流阀,可以看出每个测点的时域曲线有相同的周期变化的引擎在这个条件下,随着时间的推移和振幅变化不明显,这是相对稳定的。座椅的振动振幅大于发动机的支持,和振幅可达3.50 m / s²。此外,主要的频率振动的座位是高频分量,发动机转速和时间相关占一小部分。

傅里叶变换应用于每个测点的时域信号。表4显示前三个主要每个测点的振动频率。可以看出,每个测点的主频率基本上是接近发动机转速的二次谐波频率,还有第四频率和基频峰。发动机产生的激发力的振幅座位和底盘较高,甚至座椅的垂直振幅是2.85 m / s²,这表明这两个部分是极大地影响了引擎。

当发动机工作25 s (1500 rpm)条件下的一个小油门,然后切换到2700 rpm大油门,画的时频瀑布图 - - - - - -每个测点的振动方向,如图6。

从图可以看出6每个测点的主频率基本上是第二和发动机转速的基本频率。发动机的振动幅值略有波动,和二次谐波频率的振动振幅的每个测点有一段波动约6 s。此外,还有一些山峰28赫兹和74.38赫兹,这可能是由于结构共振或旋转发动机。

4所示。结论

(1)摘要发动机振动源的振动特征的履带结合进行了理论分析。根据发动机的结构特点和工作特点,建立了动力学模型。振动机理和理论激励特征进一步分析,列出和表达形式的激励力量。根据牛顿第二运动定律,建立了发动机和底盘两个自由度的动力学模型(2)汽车车架的振动响应测试四个工作条件下进行的。的影响结果表明,发动机在汽车车架的振动更为复杂。当整个机器零件在工作状态,汽车车架的振动是最大的,最严重的振动在左后方的底盘和座位。因此,它可以被视为加强支持这个职位来提高汽车车架的长期可靠性,然后提高整机的可靠性(3)引擎的主要激励频率的底盘框架二阶发射频率。相比之下,不同的工作条件,大油门条件下发动机的振幅显著大于小油门条件下,信号的影响和更大的振幅将生成的时候开始和状态变化

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

太白徐设计研究中,进行了研究,分析了数据,写论文。Dongju高设计执行的学习和研究。易陈分析数据和写论文。胖子张分析数据并促成了修订。和彭许飞周导致修订。

确认

这项研究工作受到了农业机械制造过程质量检验技术研究的国家重点研发计划(2017 yfd0700203),国家重点研发计划智能大米小麦联合收获技术和设备研发(2016 yfd0702003),和一个项目优先资助的学术程序开发江苏高等教育机构(没有。papd - 2018 - 87)。

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