Способ и устройство формирования заданной формы квазинулевой статической характеристики виброзащитного механизма сиденья оператора
METHOD AND DEVICE FOR FORMING A PREDETERMINED SHAPE OF A QUASI-ZERO STATIC CHARACTERISTIC OF THE VIBRATION PROTECTION MECHANISM OF THE OPERATOR'S SEAT

Изобретение относится к способам и устройствам виброизоляции и может быть применено для защиты рабочих мест операторов строительных, дорожных, подъемно-транспортных и других машин, а также технологического оборудования.
Из технической и патентной литературы известно, что квазинулевая статическая характеристика виброзащитных механизмов сидений операторов существенно снижает динамические воздействия на операторов мобильных машин.
Известно устройство для защиты объекта от динамических воздействий [Елисеев С.В., Хоменко А.П., Ермошенко Ю.В., Большаков Р.С., Ситов И.С., Кашуба В.Б., Абросимова Ю.О. «устройство для динамического гашения колебаний объекта защиты», патент RU 2522194 С2, МПК F16F3/00, МПК F16F15/02, приоритет от 10.07.2014]. Устройство состоит из объекта защиты, опорных пружин, дополнительного упругого элемента, рычагов, основания, дополнительного рычага с шарниром. Устройство для динамического гашения колебаний объекта защиты, состоящее из рычагов и упругих элементов, отличающееся тем, что устанавливают два дополнительных рычага и дополнительный упругий элемент, причем каждый дополнительный рычаг одним концом шарнирно соединен с центром объекта защиты, другими концами дополнительные рычаги соединены с разных концов с дополнительным упругим элементом с меняющейся жесткостью в зависимости от изменения внешних вибраций. Ещё одной отличительной особенностью устройства для динамического гашения колебаний объекта защиты является то, что дополнительный упругий элемент может быть выполнен в виде пружины с меняющейся жесткостью или в виде пневмобаллона с давлением в зависимости от величины внешних вибраций.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматической подстройки под вес человека-оператора и отсутствие возможности задавать требуемый вид статической квазинулевой характеристики виброзащитного механизма.
Известно устройство для защиты от вибраций [Остроменский П.И., Никифоров И.С., Кинаш Н.Ж., Остроменская В.А. «Виброзащитная подвеска сиденья», патент RU 2156192 С2, МПК B60N2/54, приоритет от 15.07.1996]. Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую опору и подвесную опору, между которыми закреплен основной упругий подвес и корректор жесткости - дополнительный упругий подвес с неустойчивым средним положением равновесия, отличающаяся тем, что корректор жесткости выполнен из двух одинаковых, сжатых до овальной формы упругих кольцевых элементов, расположенных друг против друга симметрично относительно продольной оси симметрии сиденья, причем ближайшие участки упругих кольцевых элементов прикреплены шарнирно к одной опоре, а диаметрально противоположные участки кольцевых элементов шарнирно соединены с другой опорой, при этом большие оси симметрии сжатых упругих кольцевых элементов и оси всех их шарнирных соединений с опорами параллельны продольной оси сиденья. Виброзащитная подвеска сиденья, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен из троса. Виброзащитная подвеска сиденья, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен в виде бухты, намотанной, например, из пружинной ленты или проволоки с возможностью относительного перемещения витков с трением.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматической подстройки под вес человека-оператора и отсутствие возможности задавать требуемый вид статической квазинулевой характеристики виброзащитного механизма.
Известен способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью [Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходаков Т.Д. «Способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью», патент RU 2298119 C1, МПК F16F7/08, F16F9/06, приоритет от 19.09.2005]. Способ виброизоляции, заключающийся в том, что виброизолирумый объект устанавливают на плоские упругие элементы, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью демпфера, при этом плоские упругие элементы выполняют в виде пакета элементов арочного типа, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью вязкоупругого демпфера, выполненного в виде упругодемпфирующего кольца, связанного с упругими элементами через втулки и расположенного в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси пакета упругих элементов, за счет радиальной деформации других элементов. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий плоские упругие и демпфирующие элементы, при этом плоские упругие элементы выполнены в виде пакета упругих элементов арочного типа в виде набора чередующихся во взаимно перпендикулярных направлениях плоских пружин, опирающихся на основание, а демпфирующий элемент виброизолятора выполнен в виде упругодемпфирующего кольца из эластомера, расположенного по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, и взаимодействующего со втулками, которые связаны с опорными участками плоских пружин посредством заклепок, причем упругодемпфирующее кольцо имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, отличающийся тем, что упругодемпфирующее кольцо выполнено полым и имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, отличающийся тем, что полость упругодемпфирующего кольца заполнена вязкой жидкостью или сжатым до определенного давления воздухом или газом.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматической подстройки под вес человека-оператора и отсутствие возможности задавать требуемый вид статической квазинулевой характеристики виброзащитного механизма.
Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому изобретению является виброзащитная система сиденья оператора [Почекуева И.Е., Корытов М.С., Щербаков В.С. «Виброзащитная система сиденья оператора», патент RU 206711 U1, МПК В60N2/50, приоритет от 23.09.2021], содержащая неподвижное основание, шарнирно сочлененный четырехзвенный направляющий механизм параллелограммного типа, механизм стабилизации крена, сиденье, пружину растяжения, механизм регулировки растяжения пружины, гибкий малорастяжимый трос, соединяющий пружину и подвижное звено параллелограммного механизма, четыре направляющих ролика для троса, оси двух из которых закреплены на основании, а двух других на звеньях параллелограммного механизм.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматической подстройки под вес человека-оператора и отсутствие возможности задавать требуемый вид статической квазинулевой характеристики виброзащитного механизма.
Задачей изобретения является разработка способа и устройства формирования заданной формы квазинулевой статической характеристики виброзащитного механизма сиденья оператора.
При этом достигаются следующие технические результаты:
1) возможность реализовывать режим квазинулевой жесткости при вертикальных колебаниях сиденья оператора;
2) возможность без ударов ограничивать вертикальные перемещения сиденья относительно основания при выходе за границы линейной зоны квазинулевой статической характеристики.
3) возможность целенаправленно изменять силу, создаваемую пружиной, за счёт её растяжения (сжатия) при изменении внешней нагрузки (массы оператора).
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что виброзащитная система сиденья оператора содержит основание (кабину оператора), шарнирно сочлененный четырехзвенный направляющий механизм параллелограммного типа, механизм стабилизации крена, сиденье, пружину растяжения, механизм регулировки растяжения пружины, гибкий малорастяжимый трос, соединяющий пружину и подвижное звено параллелограммного механизма, два направляющих ролика для троса, ось одного из которых закреплена на неподвижном звене, а другого на нижнем звене параллелограммного механизма, датчик угла поворота, задатчик, элемент сравнения, вычислительный блок (ЭВМ), усилитель, электродвигатель, редуктор.
Способ поясняется прилагаемым чертежом и нижеследующим описанием, где на фигуре 1 приведён вид сбоку предлагаемого устройства виброизоляции системы сиденья оператора.
min
max
min
max
Устройство включает в себя основание 1, жестко прикрепленное к кабине машины. На основании 1 жестко закреплено неподвижное звено 2 параллелограммного механизма, на котором шарнирно закреплены нижнее звено 3 и верхнее звено 4 параллелограммного механизма. К звеньям 3 и 4 шарнирно прикреплено подвижное звено 5 параллелограммного механизма, на котором жестко закреплен механизм стабилизации крена 6. На механизм стабилизации крена 6 установлено сиденье 7. На неподвижном звене 2 шарнирно установлен вращающийся направляющий ролик 8, на нижнем звене 3 шарнирно установлен вращающийся направляющий ролик 9. На неподвижном звене 2 параллелограммного механизма установлен корпус датчика угла поворота 10, подвижный элемент которого связан с нижним звеном 3. Выход датчика угла поворота 10 соединен с отрицательным входом элемента сравнения 12, положительный вход которого соединен с задатчиком 11. Система содержит вычислительный блок (ЭВМ) 13, усилитель 14, электродвигатель 15 и редуктор 16. В вычислительный блок (ЭВМ) 13 введена программа вычислений, реализующая заданную форму квазинулевой статической характеристики F=f(Δα). Форма квазинулевой статической характеристики представлена на фигуре 2, где Δα – входной сигнал, показывающий отклонение нижнего звена 3 от горизонтального положения, -Δα и +Δα ограничивают линейную часть квазинулевой статической характеристики. При -Δα>Δα>+Δα сила F, создаваемая пружиной 19, формируется по заданной функциональной зависимости для плавного торможения параллелограммного механизма сиденья оператора. На основании 1 жестко установлен механизм 17 регулировки растяжения пружины с штоком 18, к которому прикреплен неподвижный конец пружины растяжения 19. Подвижный конец пружины растяжения 19 соединен с одним концом гибкого малорастяжимого троса 20, второй конец которого закреплен на подвижном звене 5 параллелограммного механизма. При этом трос 20 огибает и опирается на ролики 8 и 9.
0
0
Виброзащитная система сиденья оператора работает следующим образом. Горизонтальные вибрации, передаваемые на сиденье оператора 7, гасятся механизмом стабилизации крена 6. Изменение вертикальной силы F, для подстройки устройства к различной массе оператора, осуществляется следующим образом: датчик угла поворота 10 измеряет угол поворота нижнего звена 3 параллелограммного механизма, его сигнал α подается на отрицательный вход элемента сравнения 12, где сравнивается со значением задатчика 11 α, которое обычно равно α=0̊. Сигнал рассогласования Δα подается на вычислительный блок (ЭВМ) 13, который формирует заданную форму квазинулевой статической характеристики. Далее сигнал F поступает на усилитель 14, а с усилителя на электродвигатель 15. Электродвигатель 15 через редуктор 16 приводит в действие механизм 17 регулировки растяжения пружины 19 за счет втягивания или выдвижения штока 18. Вертикальные вибрации, передаваемые на сиденье оператора 7, гасятся за счет вертикальных перемещений подвижного звена 5 параллелограммного механизма с механизмом 6 и сиденьем 7. Подъем (опускание) сиденья 7, звена 5 приводит к повороту нижнего звена 3 параллелограммного механизма, изменяется расстояние между роликами 8 и 9, изменяется сила натяжения троса 20, пружина 19 сжимается (растягивается). Таким образом уравновешиваются две вертикальные разнонаправленные силы, возникающие на сиденье оператора 7 и создаваемые пружиной 19.
Использование новых элементов: датчика угла поворота 10, задатчика 11, элемента сравнения 12, вычислительного блока (ЭВМ) 13, усилителя 14, электродвигателя 15, редуктора 16, обеспечивает возможность оперативно целенаправленно изменять силу, создаваемую пружиной 19, за счет изменения ее натяжения.
Предлагаемое устройство формирования заданной формы квазинулевой статической характеристики сиденья оператора может быть изготовлено промышленным способом из серийно выпускаемых узлов и агрегатов.