д.т.н.,
профессор Кочетов О.С., студ. Гетия П.С.
Московский
государственный университет приборостроения
и
информатики, Россия
Характеристики
виброзащитных подвесок
сидений
транспортных средств
Подвеска
сиденья для человека-оператора должна обладать равночастотными свойствами,
т.е. эффективностью, которая бы незначительно менялась от нагрузки. На
рис.1 изображен общий вид виброзащитного сиденья с равночастотными свойствами [3].
Виброзащитная подвеска сиденья
содержит механизм стабилизации крена, состоящий из цилиндрического корпуса 1, к которому
крепится подушка сиденья, кареток 2 и 3 с упругими элементами 4 и 5, причем
корпус 1 через ось 6 соединен с
параллелограммным механизмом, состоящим
из подвижной 7 и неподвижной 10 П-образных скоб. Рычаги 9 параллелограммного механизма расположены в опорах
качения 8, а упругий элемент 11 имеет возможность настройки заданной на вес
оператора жесткости системы посредством регулирующего механизма 12. Вертикальные
вибрации, передаваемые на сиденье оператора, гасятся упругим элементом 11, а горизонтальные - упругими
элементами 4 и 5 в механизме стабилизации крена.
Для аналитического исследования
виброколебаний в механической системе «сиденье-оператор» и для выбора
рациональных и оптимальных конструктивных параметров виброизолирующих устройств
для этих объектов, необходима математическая модель, адекватно описывающая
динамику процесса виброизоляции. Данным требованиям отвечает двухмассовая
модель (рис.4) системы «объект-оператор» [2], учитывающая биодинамические
характеристики тела человека-оператора. В этой модели тело человека-оператора
представлено в виде динамического гасителя колебаний с массой m1,
жесткостью c1 и демпфированием b1 , а масcа,
жесткость и демпфирование
виброизолирующего помоста соответственно mп ,cп
и bп , причем Z1 и Z2 -
абсолютные перемещения соответственно масс m1 и mп,
а U — абсолютное перемещение основания
(межэтажного перекрытия) производственного помещения.
|
|
|
Рис.1.
Общий вид подвески сиденья с направляющим механизмом параллелограммного типа. |
В рамках выбранной модели динамика рассматриваемой системы виброизоляции
описывается следующей системой обыкновенных дифференциальных уравнений:
(1)
В работе [1-7] представлен анализ виброизолирующих
свойств системы через передаточную функцию T(s) по каналу «виброскорость
основания - виброскорость сиденья», где s = jw комплексная частота, j - мнимая единица, w -круговая частота колебаний. Передаточная функция
T(s) найдена из (1) посредством метода преобразования Лапласа:
(2)
На рис.3а представлено сиденье водителя
сельскохозяйственной техники [9,10,11], которое содержит основание 1, каркас 2
с подушкой 5 и спинкой 6, связанные между собой посредством рычажного
направляющего устройства 3.
|
|
|
Рис.2.
Математическая двухмассовая модель системы «объект-оператор». |
К каркасу 2 прикреплена планка 7, которая
связана посредством шарнирного рычага 9 с основанием виброизолирующего
устройства 8. К каркасу 2 крепится устройство 4 электрического типа для
обогрева подушки и спинки сиденья.
На рис.3б представлено сиденье оператора
самоходной техники [4], которое содержит основание 1, каркас 2 с подушкой 4 и
спинкой 5, связанные между собой посредством направляющего устройства 3,
выполненного по типу «ножниц», причем к каркасу 2 прикреплен кронштейн 6,
связанный шарнирно с опорной плитой 8 виброизолирующего устройства 7.
Виброизолирующее устройство каждой из представленных схем сиденья оператора
может быть выполнено с демпфером сухого трения втулочного или лепесткового типов [11,12]. На ПЭВМ по
предложенной модели был проведен анализ динамических характеристик и найдены
рациональные технические параметры подвески сиденья для ператоров
основовязальных машин с учетом регламентируемых санитарно-гигиенических требований.
В расчетах задавались следующие параметры:
человека-оператора – m1=80кг, b1=52700 Н/м,
c1=1070 Нс/м.
подвески сиденья – m2=50кг,
b2=90000 Н/м, c2=5000 Нс/м.
|
|
|
|
а)
б) Рис.3. Общий вид подвески сиденья: а) с рычажным направляющим механизмом, б) с
направляющим механизмом типа
«ножницы». |
|
Результаты расчетов позволили определить
оптимальные параметры виброизолированной подвески сиденья оператора: собственная
частота колебаний - 12,56 рад/сек, относительное демпфирование - 0,5.
Таким образом, результаты расчета
подтвердили правильность выбора математической модели для расчета
амплитудно-частотных характеристик на ПЭВМ с учетом биодинамических
характеристик тела человека-оператора, которое ведет себя в этих системах как
динамический гаситель колебаний с частотой порядка 4 Гц. Разработанные
конструкции виброизолирующих подвесок сиденья и помоста человека-оператора с
собственной частотой подвеса порядка 12,56 рад/с и относительным
демпфированием, равным 0,5, могут применяться на рабочих местах с повышенным
уровнем вибрации, при этом снижение вибрации наблюдается до 2…3 раз, и укладывается
в снитарные нормы [13].
|
|
|
Рис. 7. Динамические характеристики системы
«оператор на виброизолирующем помосте» при следующих параметрах: Р1 =
80 кГс; w1 = 25,4 c-1 ; b1 = 0,6;
Р2 = 50 кГс; w2 = 62,8
c-1 ; b2 (var
0...1). |
Литература
1.Кочетов О.С. Расчет виброзащитного
сиденья оператора. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 11, 2009,
стр.32-35.
2. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Пирогова
Н.В., Петухова И.В. Расчет динамических характеристик подвески сиденья для
текстильных машин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.–
2000, № 1.С. 95…100.
3. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Пирогова
Н.В., Петухова И.В. Расчет динамических характеристик подвески сиденья для
текстильных машин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.–
2000, № 1.С. 95…100.
4. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Чунаев М.В.,
Швецова И.Н. Расчет на ПЭВМ динамических
характеристик виброизолирующего помоста основовязальных машин // Изв. вузов.
Технология текстильной промышленности.– 2001,
№ 6.С.87…93.
5. Кочетов
О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д.,
Петухова А.В. Виброизолированный
помост. // Патент РФ на изобретение № 2298120. Опубликовано 27.04.2007.
Бюллетень изобретений № 12.
6. Кочетов
О.С. Виброизолированный помост для оператора. // Патент РФ на изобретение №
2385429. Опубликовано 27.03.2010. Бюллетень изобретений № 9.
7. Кочетов
О.С., Стареева М.О.
Виброизолированный помост оператора. // Патент РФ на изобретение № 2451850.
Опубликовано 27.05.2012. Бюллетень изобретений № 15.
8. Кочетов
О.С., Кочетова М.О., Ходакова
Т.Д. Сиденье оператора самоходной техники. // Патент РФ на изобретение №
2281864. Опубликовано 20.08.2006. Бюллетень изобретений № 23.
9. Кочетов
О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д.,
Шестернинов А.В., Елин А.М., Куличенко А.В. Сиденье водителя
сельскохозяйственной техники. // Патент РФ на изобретение № 2279358.
Опубликовано 10.07.2006. Бюллетень изобретений № 19.
10. Кочетов
О.С. Сиденье водителя самоходной
техники. // Патент РФ на изобретение № 2381919. Опубликовано 20.02.2010.
Бюллетень изобретений № 5.
11. Кочетов
О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д.,
Шестернинов А.В., Стареев М.
Виброизолятор с демпфером сухого трения. // Патент РФ на изобретение № 2282076. Опубликовано 20.08.2006.
Бюллетень изобретений № 23.
12. Кочетов
О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д.,
Шестернинов А.В., Стареев М. Е. Виброизолятор с сухим трением. // Патент РФ на изобретение № 2279592.
Опубликовано 10.07.2006. Бюллетень изобретений № 19.
13. ГОСТ 12.1.012 - 90. ССБТ. Вибрация. Общие
требования безопасности. М.: Госстандарт,1991,-31с.