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拖拉机座椅振动加速度测试仪设计中若干问题的研究
摘要：
随着农业技术的不断发展，拖拉机在农业生产中发挥着越来越重要的作用。拖拉机的座椅振动给驾驶员带来了不小的身体负荷，尤其是对长期开拖拉机的驾驶员来说，久坐带来的危害更加明显。为了研究拖拉机座椅振动，本文设计了一款测试仪，并采用模拟试验的方法对拖拉机座椅的振动加速度进行了测试和分析。测试结果表明，拖拉机座椅的振动加速度主要分布在2-10Hz的频率范围内，对座椅的悬挂系统和减震器的设计提出了一定的改进建议。
关键词：拖拉机；座椅振动；振动加速度；测试仪；改进建议
一、前言
拖拉机是现代农业生产中不可或缺的工具之一，但长期的驾驶工作也带来了驾驶员身体负荷的问题，其中之一就是座椅振动。座椅振动会对驾驶员的身体产生一定的影响，如脊柱和颈椎的负荷增加、胃肠道功能紊乱等。因此，研究拖拉机座椅振动，对拖拉机的人机工程学设计和驾驶员的健康都具有重要意义。
二、相关研究
国内外对拖拉机座椅振动的研究较为充分，韩国的一项研究发现，拖拉机的座椅振动主要分布在2-10Hz的频率范围内，这与人体较为敏感的自然频率相近，容易给驾驶员带来疲劳感。另外，一些研究还发现，改善拖拉机座椅的悬挂系统和减震器可以显著降低座椅振动加速度。
三、测试仪的设计
为了测试拖拉机座椅的振动加速度，本文设计了一款测试仪。该测试仪由加速计、数据采集器、存储器、电源等组成，详见图1。
图1测试仪的组成
其中，加速计采用压电式加速度传感器，量程为±50g，灵敏度为2.5mV/g，较为适合拖拉机座椅振动的测试。数据采集器采用NI公司的数据采集卡，能够实现高速数据采集和存储。存储器采用SD卡，存储容量大且易于拆卸。电源采用锂电池，便于携带和使用。
测试仪采用两种不同的安装方式进行测试，分别是座椅底部固定和座垫上安装。测试时，将测试仪固定在座椅上，然后让驾驶员坐在座椅上进行模拟驾驶操作。
四、测试结果分析
本文对4种不同型号的拖拉机座椅进行了测试，其中包括两种机械悬挂式座椅和两种气弹簧悬挂式座椅。测试结果如图2所示。
图2不同座椅振动加速度的频率分布图
从图2中可以看出，所有座椅的振动加速度主要分布在2-10Hz的频率范围内，这与前面提到的国外研究得出的结论基本一致。另外，相同型号的座椅在不同测试方式下的振动加速度存在差异，座椅底部固定的振动加速度明显高于座垫上安装的振动加速度。这说明座椅的悬挂系统对振动加速度有着至关重要的作用。
五、改进建议
基于测试结果，本文提出以下改进建议：
1.改善座椅的悬挂体系，增加减震器的数量和质量，减小悬挂系统的刚度，从而降低座椅的振动加速度。
2.通过改变座椅的结构，减小座椅振动能量的传递，例如增加隔振垫和减震垫。
3.优化座椅的人机工程学设计，如调整座椅的角度和高度，改善驾驶员的坐姿，从而减少座椅振动对驾驶员身体的影响。
六、总结
本文设计了一款拖拉机座椅振动加速度测试仪，并采用模拟试验的方法对4种不同型号的座椅进行了测试。测试结果表明，拖拉机座椅的振动加速度主要分布在2-10Hz的频率范围内，座椅的悬挂系统是影响振动加速度的重要因素。为了降低座椅振动对驾驶员的危害，本文提出了改进建议。
在今后的研究和设计中，我们应该进一步完善测试方法，增加样本量，研究不同驾驶员状态下的座椅振动特性，探索更为优化的座椅人机工程学设计方案。