Снижение вибронагруженности рабочего места оператора автогрейдера на базе трактора зтм-82

УДК 621.87

СНИЖЕНИЕ ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ РАБОЧЕГО МЕСТА ОПЕРАТОРА АВТОГРЕЙДЕРА НА БАЗЕ ТРАКТОРА ЗТМ-82

П.А. Корчагин, канд. техн. наук., доц, И.А. Чакурин, канд. техн. наук

Аннотация. В статье рассматривается конструкция подвески кабины автогрейдера на базе трактора ЗТМ-82. В ходе исследований были определены рациональные значения параметров подвески кабины, обеспечивающие установленные санитарными нормами значения виброскорости на рабочем месте оператора. Теоретические исследования, проведенные на математической модели показали, что виброзащитные системы с линейной статической характеристикой не обеспечивают достаточной виброзащищенности оператора при совместном вибрационном и ударном воздействии.

Ключевые слова: удар, динамическое воздействие, виброзащита, виброскорость,

виброускорение.

Введение

Колебания и удары, возникающие во время эксплуатации строительно-дорожных машин (СДМ), являются причиной нарушения работы механизмов, а иногда и выхода из строя всей машины. Такого рода воздействия представляют опасность и для операторов. Эффективная защита от таких воздействий является весьма актуальной и до конца не решенной задачей.

Проведенный анализ уровней динамических воздействий на рабочих местах операторов различных СДМ показал, что существующие элементы виброзащиты кабины иногда не только не выполняют свою функцию, но на ряде частот даже увеличивают уровень вибрационного воздействия. В связи с этим необходимо было исследовать уровень динамических воздействий на рабочем месте оператора автогрейдера на базе трактора ЗТМ-82 [1].

Результаты исследования виброза-щитных свойств подвески кабины СДМ Проведенный анализ причин и источников динамического воздействия на оператора автогрейдера показал, что одним из наиболее неблагоприятных режимов с точки зрения виброзащиты, является транспортный режим. Автогрейдер на базе промышленного трактора предназначен для содержания дорог в зимний период времени, а также для выполнения небольших объемов строительных работ, поэтому транспортный режим занимает существенное место в рабочем цикле данного автогрейдера. Возмущающее воздействие со стороны микрорельефа на элементы ходового оборудования формировалось с использованием стохастических моделей микрорельефа.

При этом моделировалось движение автогрейдера по разным типам дорог со скоростью до 20 км/ч. Моделирование микрорельефа по правой и левой колее осуществлялось с использованием корреляционных функций [2, 3].

Коэффициенты жесткости и вязкости принимали фиксированные значения. Значения коэффициентов были получены по результатам экспериментальных исследований.

Проведенный спектральный анализ вибрационной нагрузки на рабочем месте оператора показал, что на частотах 4 и 8 Гц (рис. 1) значения виброскорости превышают допустимые значения, установленные ГОСТ 12.1.01290. Т.е. существующие элементы виброзащиты не обеспечивают снижения уровня динамического воздействия на рабочем месте оператора до норм, установленных ГОСТ, и нуждаются в доработке.

Для изучения влияния частоты возмущающего воздействия на уровень динамического воздействия на рабочем месте оператора автогрейдера были проведены исследования амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) сложной динамической системы «автогрейдер - оператор».

При построении АЧХ принималось следующее:

- внешние возмущающие воздействия имеют частотный диапазон 1 ...80 Гц.

- Источником возмущающего воздействия являлись элементы ходового оборудования при взаимодействии их с грунтом.

- амплитуда виброускорения первого зве-

* * 2

на в вертикальном направлении q2 = 1 м/с .

В качестве примера на рис 2 представлены АЧХ подсистем «рама - кабина автогрейдера» и «рама - кабина автогрейдера - кресло оператора». Из графиков видно наличие резонансных областей с частотами 4,5 Гц для подсистемы «рама - кабина автогрейдера» и 3,2 и 51 Гц для подсистемы «рама - кабина автогрейдера - кресло оператора».

Наличие резонансных зон в области низких частот с коэффициентом передачи до 2,1 и при-

водит к увеличению уровня динамического воздействия на оператора на этих частотах.

Таким образом, можно сделать вывод, что для снижения уровня динамического воздействия на частотах 3...5 Гц, необходимо изменить параметры элементов системы виброзащиты, в частности, элементов подвески кабины и тем самым снизить коэффициент передачи в резонансных областях.

Известно, что изменить частоту собственных колебаний системы можно за счет изменения жесткости элементов подвески кабины. Поэтому на первом этапе исследований был проведен анализ влияния жесткости элементов подвески кабины на уровень динамического воздействия на рабочем месте оператора. Жесткость элементов подвески кабины варьи-

4 5

ровалась в диапазоне 0,510 ... 2,510 Н/м.

Коэффициенты вязкости элементов подвески кабины принимали фиксированные значения: Ь9=Ь10=Ь11=Ь12=5,0-105 Н-с/м; Ьіз=Ь-и=Ьі5=Ьіб=5,6'10 Н-с/м; Ьі7=Ьі8=Ьі9=Ь20=5,6-10 Н-с/м.

В качестве примера на рис. 3 представлена зависимость среднеквадратичной величины виброскорости кабины от жесткости элементов подвески кабины.

22 , м/с

0,08___________________________________________________________________________

Рис. 3 Зависимость среднеквадратической виброскорости кабины от жесткости элементов подвески кабины при вязкости 1- 103, 2- 104, 3- 2х104, 4- 3х104

, м/с

1 2 4

3

Как видно из представленных графиков минимальное значение среднеквадратичного значения виброскорости в исследуемом диапазоне будет при жесткости элементов подвески кабины 2,5104 Н/м.Уровень динамического воздействия на рабочем месте оператора автогрейдера зависит так же и от коэффициента вязкости элементов подвески кабины. Следовательно, необходимо исследовать и влияние коэффициента вязкости на уровень динамического воздействия на рабочем месте оператора.

При проведении исследований коэффициенты вязкости варьировались в пределах 1103 ... 4,5104 Нс/м. Коэффициенты жесткости элементов подвески кабины принимали фиксированные значения.

В качестве примера на рис. 4 представлены зависимости среднеквадратичного значения виброскорости от коэффициентов вязкости элементов подвески кабины для транспортного режима.

Анализ полученных зависимостей (рис. 5) позволяет сделать вывод, что при увеличении коэффициента вязкости в исследуемом диапазоне уровень динамического воздействия на рабочем месте оператора снижается. Однако, при дальнейшем увеличении коэффициента вязкости происходит значительное увеличение виброскорости.

Проведенный анализ влияния параметров жесткости и вязкости элементов подвески кабины на уровень динамического воздействия на рабочем месте оператора позволяет сделать вывод, что коэффициент жесткости единичного упругого элемента подвески кабины расчетной схемы следует принимать 2,5104 Н/м. Значение коэффициента вязкости можно выбирать в диапазоне 2,5104 ... 4,5104

Нс/м, так как в данном интервале достигается минимальное значение уровня динамического воздействия, а дальнейшее изменение коэффициента вязкости оказывает несущественное влияние на уровень динамического воздействия на рабочем месте оператора.

Проведенный анализ позволил определить рациональные значения параметров подвески кабины, обеспечивающие установленные санитарными нормами значения виброскорости на рабочем месте оператора. На математической модели автогрейдера была рассмотрена работа подвески с линейной статической характеристикой при совместном воздействии ударной и вибрационной нагрузки. Подобная ситуация может возникнуть, когда при движении автогрейдера по микрорельефу колесо (колеса) попадают во впадину или на какой-либо выступ.

Жесткость и вязкость элементов подвески кабины были выбраны с учетом проведенного анализа и принимали следующие значения: коэффициент жесткости 2,5104 Н/м, коэффициент вязкости 4,5104 Нс/м. Жесткость и вязкость остальных упруго-вязких элементов соответствовали параметрам серийно выпускаемой машины.

Проведенные при таких условиях испытания на математической модели показали, что при значениях амплитуды базового трактора больше 1'10"2 м и действии удара система с линейной статической характеристикой теряет свои виброзащитные способности. В качестве примера на рис. 6 показаны виброускорения на полу кабины при совместном действии удара и вибрации с различными амплитудами. Из графика видно, что виброускорения на полу кабины зна-

чительно превышают допустимые значения, установленные ГОСТ 12.1.012-90.

^-2, м/с

Рис. 4 Зависимость среднеквадратической виброскорости кабины от вязкости элементов подвески кабины при жесткости 1- 25х10 , 2- 15х104, 3- 1,5х104, 4- 2,5х104

Рис. 5 Зависимость среднеквадратической виброскорости кабины от жесткости и вязкости

элементов подвески кабины

Рис. 6 Виброускорение на полу кабины при совместном действии удара и вибрации при амплитуде колебаний базового трактора:

1-1*10-2 м; 2-2*10-2 м; 3-2,5*10-2 м; 4-требования ГОСТ 12.1.012-90

Заключение Таким образом, виброзащитные системы

с линейной статической характеристикой не

обеспечивают достаточной виброзащищенности оператора при совместном вибрационном и ударном воздействиях.

Библиографический список

1. Снижение динамических воздействий на оператора автогрейдера на базе трактора ЗТМ-82: Монография /П.А. Корчагин, А.И. Степанов. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. - 85 с.

2. Снижение динамических воздействий на одноковшовый экскаватор: Монография / В.С. Щербаков, П.А. Корчагин. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. - 147 с.

3. Беляев В.В. Математическая модель поверхности грунта, обрабатываемой автогрейдером / В.В. Беляев // Строительные и дорожные маши-ны.-2006.- №8.-С.18-21.

Reduction of vibrating danger of a workplace of the operator motor grader on the basis of a tractor ЗТМ-82

P.A. Korchagin, I.A. Chakurin

In clause the design of a suspension bracket of a cabin motor grader is considered on the basis of a tractor ЗТМ-82. During researches the rational meanings of parameters of a suspension bracket of a cabin ensuring meanings, estab-

lished by sanitary norms, vibration speed on a workplace of the operator were determined. The theoretical tests which have been carried out on mathematical model have shown, that vibrating protection of system with the linear static characteristic do not provide sufficient protection of the operator at joint vibrating and shock influence.

Корчагин Павел Александрович - канд техн. наук, доцент, начальник учебно-методического управления Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - защита оператора строительных и дорожных машин от динамических воздействий. Имеет более 30 опубликованных работ. e-mail: korchagin_pa@sibadi.org

Чакурин Иван Алексеевич - канд техн. наук, помощник проректора по стратегическому развитию Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - виброзащита оператора строительных и дорожных машин. Имеет 8 опубликованных работ. e-mail: Chakurin@list.ru

Статья поступила 19.11.2008 г.

УДК 338.49, 656.1

РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МАЛОМОБИЛЬНЫХ ГРУПП НАСЕЛЕНИЯ В КРУПНЫХ ГОРОДАХ

К.Э. Сафронов, канд. техн. наук, доц.

Аннотация. Рассматриваются проблемы организации транспортного обслуживания маломобильных групп населения с целью обеспечения доступности объектов социального и культурно-бытового назначения в крупных городах.

Ключевые слова: безбарьерная среда, транспортное обслуживание маломобильных групп населения.

Введение

В мире, по данным ООН, люди с ограниченными возможностями составляют порядка 10% населения и их число продолжает расти. Основные причины инвалидности - старение населения, низкий уровень развития отдельных стран, невысокое качество и недоступность общественного здравоохранения, проблемы экологии, техногенные катастрофы, производственный травматизм, дорожно-транспортные происшествия. Демографические исследования показывают, что возрастной состав населения изменяется в

сторону увеличения пропорции пожилых людей в обществе.

Численность населения Омской области в 2007 г. составила 2018 тыс. человек, в т.ч. в г. Омске и в городах области проживает 1397 тыс. и в сельской местности 620 тыс. человек. Численность людей с ограниченными возможностями при этом оценивается в 109 тыс. человек всего, в т.ч. в Омске - 61,5 тыс. и в сельской местности 47 тыс. человек, это 5 %, 4 % и 8% соответственно. Проведенный в г. Омске в 2005 г. опрос инвалидов-колясочников показал,