拖拉机悬挂机构参数的优化设计

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1、万方数据·现代设计与先进制造技术·沈则方高翔周小健拖拉机悬挂机构参数的优化设计43拖拉机悬挂机构参数的优化设计沈则方，高翔，周小健(江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013)摘要：根据拖拉机悬挂机构的设计标准，建立了悬挂机构运动的数学模型。以悬挂轴处提升速比的均匀度为目标函数，确定了优化设计数学模型，并运用MATLAB软件的fmincon函数实现了悬挂机构参数的优化选择，对某型号拖拉机悬挂机构的设计计算表明，设计模型是科学的，优化方法是行之有效的。关键词：悬挂机构；提升速比；优化设计中图分类号：$220．33文献标识码：A文

2、章编号：1672—1616(2010)03—0043—04拖拉机悬挂机构是连接农机具的一套杆件机构，用以传递拖拉机对农机具的提升力和牵引力，对悬挂机构进行运动分析，掌握整个提升行程内提升速比和提升力的变化规律，才能对悬挂机构进行合理的设计与优化评估。本文以国产某拖拉机悬挂机构为例，以改善提升速比性能为函数，对拖拉机悬挂机构的参数进行了优化设计。l悬挂机构运动学分析【1-4】图1所示为悬挂机构运动简图，其为一平面六连杆二级机构(10个运动副，7个活动构件)，自由度为1。以拖拉机后驱动轮接地点。为坐标原点，机组前进的反方向为X轴，建立直

3、角坐标系。图中C，．，，K分别为悬挂机构外提升臂、上拉杆、下拉杆与机架的铰接点位置，lo至17为图中各杆件尺寸(其中z6为立柱高度)，18和19分别为机架CK和JK的长度，∞为内外提升臂刚性夹角，口。为液压缸轴线与水平线夹角，o。为瞬心位置，h为额定耕深，s为活塞位置。1．1油缸、内提升臂组成的曲柄滑块机构运动分析如图1所示，油缸和内提升臂可以视为曲柄滑块机构。由几何关系可得以下2个方程：loCOS口1一llsina22lcl—s·OOSa0(1)losinai+llcosa2=Zc2一s·sinao(2)令Al=Zc2+s·sin

4、ao，B1=5·cosa0一lel，CI=图1犁耕机组悬挂机构一垒LL里÷删，根据式(1)和(2)可得：2Z1”“““”⋯⋯”7“9‘旷2哪tan(B,+d绎A2+B2-C2)(3)口．⋯ctan乌书罴c4，将式(1)和(2)分别对时间求导：孥：皇磐立缺(5)dsloCOS(al—a2)”7鲁=嚣cos糌(㈤dsZl口1一口2)⋯式中内提升臂和轴负方向的夹角a2与外提升臂位置角口的关系为：口=口2+∞一3丌-(各个角度值逆时针方向为正，顺时针方向为负)则铰接点C相对于液压缸活塞的传动比：收稿日期：2009一lO一27作者简介：沈则方

5、(1984一)，男，安徽望江人．江苏大学在读硕士研究生，主要研究方向为机电液一体化设计及结构优化。万方数据2010年2月中国制造、Ip信息化第39卷第3期．d口da2cos(口o+口1)，．、zc2一ds2i2丽忑百_习‘7，1．2外提升臂四杆机构运动分析如图2所示，外提升臂、机架、提升杆和下拉杆组成一个四杆机构。在四边形CDEK中，CD为外提升臂；K是下拉杆铰接点；C是外提升臂的铰接点；卢是下拉杆与水平线夹角；卢是下拉杆与机架夹角。建立封闭矢量方程有：12e1％+3elcP3=ls+14el,u(8)图2外提升臂四杆机构式(8)区

6、分出实部和虚部，可以得到：12cos2+13cos庐3—14cosp—Z8=0(9)12sin声2+13sin声3—14sin／z=0(10)令A2=ls一12cos声2，B2=一12sin#2，C2=垒生上萼窖型，可根据式(9)和(10)得到：一arctan(坠释小arctan糕)(11)(12)其中：声2=7c—yo+口；p=卢一(7c—yo)。从而可以得到下拉杆和水平线夹角p与外提升臂位置角R的隐函数关系式为：J9：赫(墅鼍堕箬』)吨一7b)(13)将式(9)和(10)分别对时间求导得：篓=锪鲁蔫；焉⋯，d口Z4sin(庐3+

7、yo一卢一丁c)、1⋯于是K点相对于活塞位移的传动比为：和ic·业dR=ic·篙等等号焉㈤，2K2‘一2‘瓦忑万J了i’=可L13J1．3下拉杆四连杆机构运动分析如图3所示，机架、下拉杆、农具立柱、上拉杆组成一个四杆机构，在四边形JIHK中，四杆长度都为已知，耐为机架；立柱JH为连接杆；下拉杆KH为主动杆；上拉杆_，J为从动杆；目是上拉杆和水平线的夹角；v是上拉杆与机架的夹角。建立矢量封闭四边形方程有：图3下拉杆四连杆结．构／7e¨+／6e‰=Z9+15e‰(16)式(16)区分出实部和虚部，可以得到：17COSP+16cos#6—

8、15cos5—19=0(17)17sinv+Z6sin≯6—15sin#5=0(18)令A3=15∞s声5+z9，B3=15cos乒5，C3=一垒L-氅掣，根据式(17)和(18)可以得：例眦tan(坠释⋯9)心arctan糕．(20