与普通道路车辆相比,非道路车辆行驶环境较差,振动冲击较为明显。研究显示,在驾乘人员工作过程中,车辆由于路面激励产生的低频振动强度较高,长期作业时,振动对人体头、脊柱、腿和内脏等器官都会造成伤害,且易增加驾驶员疲劳感,降低工作效率。随着人们生活质量的提高,对非道路车辆的乘坐舒适性要求越来越高,从而其减振装置的设计尤为重要。相对于车辆其它方式的悬架减振,采用座椅悬架减振是最经济、简单和直接的方法,不会影响拖拉机使用性能。而座椅悬架中,采用半主动悬架的减振方式是近年来的研究热点。目前,国内外座椅半主动悬架普遍采用弹簧与减振器并联的形式,将阻尼和刚度作为两个独立的参数分别进行控制。本课题对水田硬底层不平度进行评价,并对水田工况下拖拉机的行驶平顺性进行分析,得出拖拉机前桥、后桥及座椅椅面的固有频率范围。结合带附加气室空气弹簧及磁流变减振器工作原理及设计方法,本文提出了适用于座椅悬架的新型一体式减振支柱的设计方案,减振支柱中减振器主体采用磁流变液可以实现阻尼无级调节。通过调节主、附气室之间气流流通面积,可以实现刚度的无级调节。根据隔振原理,计算了设计的减振支柱各结构参数以及各部件所需材质,并利用ANSYS有限元分析软件对减振支柱中磁路产生的磁场进行仿真,验证磁路的可靠性。研制了一体式减振支柱,设计了减振支柱的台架试验系统,分别研究其静刚度和动态输出力特性。具体内容包括:1.选取南京市江浦农场农学试验中心粘性水稻土为试验用地,采用轮胎滚动法,通过自行设计的测量装置测取水田硬底层高程随路面长度变化的曲线,对数据进行处理分析。结果表明,水田硬底层轮廓高程具有统计相关性,高程变化是平稳随机过程;路面不平度系数Gx(0.1)=316.7×10-6m-3,频率指数w=-1.651,路面空间频率低于0.7m-1(波长λ≥1.43m),水田硬底层的路面等级为C,而高于0.7m-1(波长λ≤1.43m),硬底层的路面等级在D到E之间。2.根据轮胎-湿软水田土壤系统建立了水田工况下拖拉机三自由度平面振动模型;以测得的路面纵断面曲线为激励,根据CF700型拖拉机主要参数,仿真拖拉机在水田工况下前桥、后桥、座椅椅面垂向振动固有频率,并将仿真与试验进行对比。结果表明,试验得到的拖拉机前桥、后桥、座椅椅面的垂向振动固有频率分别为2.91Hz、3.6Hz、2.5Hz,仿真得到的振动固有频率依次为3.49Hz、3.34Hz、2.9Hz,试验与仿真结果相对误差分别为19.9%、7.2%、16.0%;表明各测试点试验与仿真的相对误差均在允许范围内,试验结果与仿真结果具有较好的一致性;并通过仿真结果评价座椅悬架的减振性能。3.针对CF700型拖拉机座椅悬架系统减振性能差的问题,本文提出了一种用于车辆座椅悬架的新型减振支柱,其主要由附加气室、空气弹簧、磁流变减振器三部分按照同轴一体式布置方式组成;其中,空气弹簧与附加气室构成带附加气室的空气弹簧,并通过安装在软管上的比例流量阀调节空气弹簧气室与附加气室之间的气流流通面积,磁流变减振器采用剪切流动混合工作模式,由于磁流变减振器浮动气室与空气弹簧气室相通,使得阻尼与弹性元件间存在动力学关联作用。根据人体敏感频率范围及座椅安装处固有频率,确定座椅悬架固有频率范围,并设计减振支柱的结构参数,选取减振支柱各部件所需材料。4.根据设计的减振支柱磁路结构参数及材质,在ANSYS软件中建立了磁路仿真模型,通过线圈在最大载荷下产生的磁场强度,验证磁路设计的可靠性。通过ANSYS软件分析不同输入电流下,减振支柱阻尼间隙处的平均磁场强度,确定试验时输入减振支柱电流;根据带附加气室空气弹簧等效刚度及等效阻尼高斯模型,选择试验用的比例阀,确定减振支柱试验中比例阀的输入电压。5.对研制的减振支柱静刚度及动态输出力特性分别进行了台架性能测试试验。根据空气弹簧静刚度测试原理,构建减振支柱静刚度试验测试系统,在初始气压分别为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa时,测取弹簧“弹性力-行程”及“内压-行程”曲线;根据不同激振速度、空气弹簧压力和比例流量阀输入电压及减振支柱输入电流变化对减振支柱动态输出力的影响,构建减振支柱动态输出力试验测试系统。本课题仅研究了初始气压为0.3MPa时,不同激振速度、线圈电流及比例阀输入电压对减振支柱输出力的影响规律。通过本课题的研究,了解到农村水田土壤硬底层路面等级,为面向水田作业车辆振动研究提供路面参考模型,验证了水田工况下基于轮胎-湿软水田土壤拖拉机三自由度平面振动模型的有效性,为拖拉机悬架系统振动特性参数的设计提供依据。并且通过对减振支柱的静刚度及动态输出力的试验研究,系统掌握了其动力学特性,为进一步完善该减振支柱半主动控制理论体系,实现其输出力可控的半主动悬架系统的设计制作提供试验数据。