Исследование эффективности применения подрессоренного сидения человека-оператора транспортного агрегата мотоблока

Лапшин Ю.Г., Подрубалов М.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОДРЕССОРЕННОГО СИДЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА ТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА МОТОБЛОКА

Проблема снижения низкочастотной вибрации мобильных машин, эксплуатация которых происходит в основном на естественных дорожных фонах, до сих пор требует своего решения. Для машин малых тяговых классов 1-2 кН, таких как транспортный агрегат мотоблока, эта задача приобретает ещё большую сложность вследствие ограниченных возможностей конструктора по созданию эффективной системы виброзащиты остова.

В работах [1,2] показано, что на практике единственной реальной мерой уменьшения и приведения к стандартам [3,4,5,6] уровня вибрации человека-оператора, работающим с мотоблоком на транспорте, может являться применение сиденья с подвеской.

Оценка эффективности подвески сидения проведена по разработанным ранее расчётной схеме и математической модели, описывающим малые пространственные колебания масс динамической системы «транспортный агрегат мотоблока-человек-оператор» при стационарном случайном кинематическом воздействии от профиля пути [1,2]

Задание параметров динамической системы при расчётной оценке вибрации на сидении осуществлялось аналогично [2] и было следующим:

-при всех расчетах характеристики упруго-диссипативных связей динамической системы задавались симметрично относительно продольной оси (одинаковые по правому и левому бортам мотоблока и тележки);

-выбор коэффициента сопротивления в подвеске сидения обеспечивался предварительным расчетом методом статистической линеаризации сил «сухого» трения и составил 0,2 кНс/м;

-по аналогии с ГОСТ 12.2.002-91 и МС ИСО 5008-2004, регламентирующими методы испытания тракторов и с.-х. машин и предписывающими проводить оценку вибрации на основной рабочей операции в качестве режима движения мотоблока было выбрано движение на 2-ой передаче (У=3,18 м/с) с грузом 200 кг;

-блокировка подвесок сиденья в расчетном эксперименте проводилась введением жесткости 100000 кг/см (кН/м);

-жесткость и коэффициент сопротивления в шинах тележки 4.00-10 модели К-8 2 определялись из экспериментальных данных по шинам и задавались в расчетах соответственно 130 кН/м и 0,3 кНс/м.

-жесткости шины 4.00-10 модели Ф-10 6 при различных давлениях, а также массивной шины, брались по экспериментальным данным и составили соответственно 85 кН/м (р„=1,0 кг/см2), 75 кН/м (Ри=0,7

кг/см2), 70 кН/м (р„=0,4 кг/см2) и 320 кН/м. Коэффициенты сопротивления назначались к1г2 = 0,З кНс/м;

-диапазон варьирования жёсткости сидения выбирались исходя из соображений конструктивной осуществимости объекта.

На рис.1 представлены расчётные оценки средних квадратических значений (СКЗ) горизонтальнопродольных (X), горизонтально-поперечных (У) и вертикальных (Ъ) ускорений на сиденьи оператора при варьировании жёсткостью подвески сидения транспортного агрегата груженого мотоблока М-3 при его движении на 2-й передаче со скоростью 3,18 м/с по э талонному тре ку грунтовой дороги ГОСТ 12.2.002-91 со сдвигом колей, обеспечивающим независимость входных возбуждений (наиболее неблагоприятный случай с точки зрения поперечной вибрации).

Рис. 1 Зависимости СК3 ускорений на подрессоренном сиденьи от жесткости подвески сиденья. Шины 4.00-10 модели Ф-106 (р„=1,0 кг/см2, С1,2=85 кН/м, кх,2=0,3 кНс/м). Скорость 3,18 м/с.

------ СГЧ 1 Гц (0,7 - 1,4 Гц); — СГЧ 2 Гц (1,4 - 2,8 Гц); — — — - СГЧ 4 Гц (2,8 - 5,6 Гц); —

----- СГЧ 8 Гц (5,6-11,2 Гц); -о-о----- СГЧ 16 Гц (11,2 - 22,4 Гц).

Из рис.1 видно, что введение в конструкцию подвески сидения с параметрами Сб=2-10 кН/м и кб=0,2 кНс/м является весьма эффективным средством по снижению вертикальной вибрации. Уровень ускорений в наиболее весомых по негативному воздействию на человека-оператора и вызывающих у него вибрационную болезнь в диапазонах со среднегеометрическими частотами (СГЧ) 2, 4 и 8 Гц соответствуют или практически соответствуют стандартам [2,3,4,5,6] . Причём, как показывают расчёты, подвеска не влияет на величину СКЗ ускорений во всём октавном диапазоне частот (ОДЧ) для горизонтально-продольных и горизонтально-поперечных ускорений.

На основании полученных данных была разработана конструкция подвески сидения, упругая характеристика которой представлена на рис. 2. В конструкции удалось реализовать жесткость подвески сб=6,7 кН/м. Подвеска свечного типа с цилиндрической пружиной сжатия (основной упругий элемент) и буферами на ходах сжатия и отбоя. Подвеска имеет регулирование по весу человека-оператора.

Рис. 2 Расчетная упругая характеристика подвески сиденья оператора транспортного агрегата мотоблока М-3 для 3-х вариантов статической нагрузки: 430 (кривая III), 570 (кривая II), 710 (кривая I) Н, при весе оператора соответственно 60, 80, 100 кг (РсТ = 5/7 Мопер.).

Выбор величины хода подвески обоснован расчётными значениями СКЗ её прогибов в исследуемом

диапазоне до 22,4 Гц для агрегатов, комплектуемыми различными шинами, который составляет 12-14 мм (рис. 3). Здесь необходимо отметить, что применение шин сверхнизкого давления с жёсткостью порядка Сб=2 0 кН/м вызывает увеличение СКЗ прогибов подвески сидения до 14 мм вследствие сближения

значений собственных парциальных частот колебаний массы мотоблока на шинах и оператора на подвес-

ке сидения. Такая оценка прогибов подвески сидения, учитывающая наиболее скоростной режим эксплуатации агрегата, позволила обоснованно реализовать в конструкции динамические хода на сжатии и отбое по 47,5 мм.

СКЗ радиальных прогибов шин

Ф-10 6 Массивные К-82 Массивные

Шины мотоблока

Ф-10 6

- сиденье заблокировано, ххх:

Шины тележки К-82

сиденье подрессорено

Анализ данных рис.3 также показывает, что введение в конструкцию агрегата мотоблока подрессоренного сиденья положительно сказывается и на динамической нагруженности шин, причём в большей степени это касается уровня СКЗ прогибов шин тележки (до 1,4 раза).

Из (рис.4) видно, что разработанная подвеска позволит добиться для агрегата с пневматическими шинами модели Ф-10 6 (обычная комплектация мотоблока) практического выполнения нормативов стандартов в диапазонах СГЧ 1, 2 и 8 Гц и практического выполнения в диапазоне с СГЧ 4 Гц. Т.е. на

транспортном агрегате с подрессоренным сидением и этими пневматическими шинами при его движении на 2-ой передаче допустим 8-ми часовой рабочий день. При использовании массивных шин картина аналогична для всех диапазонов частот, кроме диапазона с СГЧ 8 Гц. В нём расчётный уровень СКЗ ускорений соответствует 4,3 м/с, что выше нормативов в 7 раз. Это потребует снижения скорости агрегата или сокращения времени его работы.

СКЗ прогибов подвески сидения

Ф-106 Массивные

Рис. 3 СКЗ радиальных прогибов шин и прогибов подвески сидения (С6=6,7 кН/м, к6=0,2 кНс/м) в зависимости от жёсткости шин мотоблока.

Пневматические модели Ф-10 6 Массивные

01,2=85 кН/м 01,2=320 кН/м

Рис.4 Зависимости СКЗ ускорений на неподрессоренном и подрессоренном сидении (с6=6,7 кН/м,

к6=0,2кНс/м) в ОДЧ. V =3.18 м/с --------- сидение неподрессоренно; — — — сидение подрессорено;

=2.2 м/с —о—о— - сидение подрессорено;--------- СТ ИСО 2631; — — — ГОСТ 12.2.019.

Таким образом, расчётный эксперимент по оценке уровня низкочастотной вибрации транспортного агрегата мотоблока, проведённый по ранее разработанной расчётной схеме динамической системы и математической модели, описывающей пространственные колебания его различных масс при стационарном случайном воздействии от эталонного профиля пути, позволил выбрать рациональные параметры и создать конструкцию подвески сидения человека-оператора.

Литература

1. Подрубалов М.В. Математическая модель пространственных колебаний масс динамической системы транспортного агрегата мотоблока при стационарном кинематическом воздействии. М. Вестник МГУл -Лесной вестник. № 6. 2007. с.142-146.

2. Лапшин Ю.Г., Подрубалов М.В. Расчётная оценка вибронагруженности транспортного агрегата мотоблока с различной комплектацией шин. Тез.докл. Междун.симп. "Надёжности и качество". Пенза. Информационно издательский центр ПГУ, 2007. - 2 т. Том 2 с.73-75.

3. ГОСТ 12.2.019-86. Система стандартов безопасности труда. Техника сельскохозяйственная. Методы оценки безопасности. М., Изд. стандартов, 1986.

4. Стандарт ИСО 2631-78. Руководство по оценке воздействия общей вибрации на тело человека. М.

, Сборник стандартов, 1997.

5. СТ ИСО 5008-2004.Сельхозтракторы и машины. Измерение вибрации тела водителя. М. . Изд. стандартов, 2004.

6. ГОСТ 12.2.002-91 Система стандартов безопасности труда. Техника сельскохозяйственная. Методы оценки безопасности. М., Изд. стандартов, 1991.