Научная статья на тему 'Характеристики виброзащитных подвесок для операторов транспортных средств'

Характеристики виброзащитных подвесок для операторов транспортных средств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
117
49
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Science Time
Ключевые слова
ПОДВЕСКА СИДЕНЬЯ / ВИБРОИЗОЛИРОВАННЫЙ ПОМОСТ / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / НАПРАВЛЯЮЩИЙ МЕХАНИЗМ / ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕУСТРОЙСТВО / ДЕМПФЕР СУХОГО ТРЕНИЯ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кочетов Олег Савельевич

В статье приведены исследования новых средств защиты человека-оператора от повышенных уровней вибрации. Приведены конструктивные схемы виброизолирующих подвесок сиденья для человека-оператора и виброизолированных помостов для обслуживания виброактивного оборудования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Характеристики виброзащитных подвесок для операторов транспортных средств»



SCIENCE TIME

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИБРОЗАЩИТНЫХ ПОДВЕСОК ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет приборостроения и информатики

E-mail: o_kochetov@mail.ru

Аннотация. В статье приведены исследования новых средств защиты человека-оператора от повышенных уровней вибрации. Приведены конструктивные схемы виброизолирующих подвесок сиденья для человека-оператора и виброизолированных помостов для обслуживания виброактивного оборудования.

Ключевые слова: подвеска сиденья, виброизолированный помост, математическая модель, направляющий механизм, виброизолирующее устройство, демпфер сухого трения.

В связи с тем, что вибрация является одним из основных вредных производственных факторов, то одной из актуальных задач исследователей на современном этапе является создание эффективных технических средств виброзащиты производственного персонала в виде сидений [1] и помостов [2].

Подвеска сиденья [3] и виброизолирующая система помоста [4] для человека-оператора должны обладать равночастотными свойствами, т.е. эффективностью, которая бы незначительно менялась от нагрузки, при ее изменении до 50% (вес операторов изменяется от 60 ...120 кг), при этом частота собственных колебаний виброизолирующих подвесок и систем с оператором должна находиться в диапазоне частот 2...5 Гц, т.е. быть ниже частот вибровозбуждения основного класса технологических машин и оборудования.

На рис.1 изображен общий вид виброзащитного сиденья с равночастотными свойствами [1]. 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

т-

151

элемент 11 имеет возможность настройки заданной на вес оператора жесткости системы посредством регулирующего механизма 12.

Рис.1 Общий вид подвески сиденья с направляющим механизмом параллелограммного типа

Вертикальные вибрации, передаваемые на сиденье оператора, гасятся упругим элементом 11, а горизонтальные - упругими элементами 4 и 5 в механизме стабилизации крена.

Упругие элементы виброизолятора 4 у помостов могут быть выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин [5], или пакета тарельчатых упругих элементов [6,7], состоящих из последовательно соединенных тарельчатых упругих элементов 3 (рис.2), внутренняя поверхность которых взаимодействует с расположенной с ними соосно втулкой 2, жестко связанной со стержнем 6, проходящим через отверстие в опорной поверхности 7 помоста. Стопорный механизм, используемый при перевороте помоста во время уборки цеха, представлен контргайками 5 и 6. На (рис.3) изображена конструктивная схема виброизолятора, когда пакет тарельчатых упругих элементов центрируется по внешнему диаметру

Для аналитического исследования виброколебаний в механической системе «помост-оператор» или «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» [3,4], учитывающая биодинамические характеристики тела человека-оператора. В этой модели тело человека-оператора представлено в виде динамического гасителя колебаний с массой m1, жесткостью С и демпфированием Ь1 , а масса, жесткость и демпфирование виброизолирующего помоста соответственно тп ,сп и Ьп , причем Z1 и Z2 -абсолютные перемещения соответственно масс т1 и тп, а и — абсолютное

SCIENCE TIME

перемещение основания (межэтажного перекрытия) производственного помещения.

Рис.2 Общий вид виброизоляторов Рис.3 Общий вид виброизоляторов

для помоста с тарельчатыми упругими для помоста с тарельчатыми упруги-

элементами, с центрированием по ми элементами, с центрированием по

внутреннему диаметру внешнему диаметру #

В рамках выбранной модели динамика рассматриваемой системы виброизоляции описывается следующей системой обыкновенных дифференциальных уравнений:

ms

1s2 Z + bls(Z1 - Z 2) + q (Z1 - Z 2) = 0,

m2S2Z2 + bAZ2 - Z1) + C1 (Z2 - Z1) + b2S(Z2 - U) + C2 (Z2 " U) = 0

(1)

Рис.4 Математическая двухмассовая модель системы «объект-оператор»

SCIENCE TIME

В работе [1] представлен анализ виброизолирующих свойств системы через передаточную функцию Т(б) по каналу «виброскорость основания -виброскорость сиденья», где б = jw комплексная частота, j - мнимая единица, w -круговая частота колебаний. Передаточная функция Т(б) найдена из (1) посредством метода преобразования Лапласа:

г.

T (s) = т2

{m1s2 + b1s + c1 )(b2 s + c2)

U (m1s2 + b1s + c1){m2 s2 + b1s + c1 + b2 s + c2)- (bjS + c1)

(2)

На рис.5а представлено сиденье водителя сельскохозяйственной техники [8,9], которое содержит основание 1, каркас 2 с подушкой 5 и спинкой 6, связанные между собой посредством рычажного направляющего устройства 3. 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.

Рис.5 Общий вид подвески сиденья: а)с рычажным направляющим механизмом, б) с направляющим механизмом типа «ножницы».

На рис.5б представлено сиденье оператора самоходной техники [10], 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

SCIENCE TIME

устройство каждой из представленных схем сиденья оператора может быть выполнено с демпфером сухого трения [11,12]: втулочного (рис.ба) или лепесткового (рис.бб) типов. Втулочный демпфер сухого трения (рис.ба) содержит упругий элемент 4, корпус 1, который выполнен в виде двух оппозитно расположенных относительно торцев цилиндрической винтовой пружины 4 верхней 2 и нижней 1 полых гильз Т-образной формы, фиксирующих пружину 4 своей торцевой поверхностью. На торце верхней гильзы 2 закреплена упругая втулка 3, с жесткостью, превосходящей жесткость пружины 4 в десять раз. Втулка 5 выполнена из фрикционного материала и расположена между внешней поверхностью верхней гильзы 2 и внутренней поверхностью нижней гильзы 1, которая с требуемым усилием прижимает втулку 5 из фрикционного материала к внешней поверхности верхней гильзы 2, создавая при этом эффект «сухого трения».

Демпфер сухого трения лепесткового типа (рис.бб) содержит упругий элемент 3, корпус 1, который выполнен в виде двух оппозитно расположенных относительно торцев цилиндрической винтовой пружины 3 верхней 2 и нижней 1 втулок, фиксирующих пружину 3 своей внешней поверхностью. Демпфирующий элемент сухого трения выполнен в виде, по крайней мере трех упругих лепестков 4, жестко связанных с нижней втулкой 1, и охватывающих с определенным усилием внешнюю поверхность пружины 3. Изнутри лепестки 4 покрыты слоем фрикционного материала 5, усиливающего эффект «сухого демпфирования».

а)

б)

Рис.б Общий вид виброизолирующего устройства подвески сиденья с демпфером сухого трения: а) втулочного типа, б) с лепестками

На ПЭВМ по предложенной модели был проведен анализ динамических характеристик и найдены рациональные технические параметры подвески

сиденья для операторов основовязальных машин с учетом регламентируемых санитарно-гигиенических требований. В расчетах задавались следующие параметры:

- человека-оператора - Ш1=80кг, Ь1=52700 Н/м, С1=1070 Нс/м;

- подвески сиденья - ш2=50кг, Ь2=90000 Н/м, с2=5000 Нс/м. Результаты расчетов позволили определить оптимальные параметры

виброизолированной подвески сиденья оператора: собственная частота колебаний - 12,56 рад/сек, относительное демпфирование - 0,5.

2.127

1.773

1.418

1.064

0.709

0.355

И\л/

/ \

/

/ Ь2=1.0 0

// Ь2=и. /// Ь2=0.5 ь 0

таг-в?«

э

50

100

150

200

250

300

Рис. 7 Динамические характеристики системы «оператор на виброизолирующем помосте» при следующих параметрах: Р1 = 80 кГс; = 25,4 с-1 ; Ь1 = 0,6;

Р2 = 50 кГс; ^^ = 62,8 с-1 ; Ь2 (уаг 0...1)

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]. Литература:

1.Кочетов О. С. Расчет виброзащитного сиденья оператора. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 11, 2009, стр.32-35.

2. Кочетов О.С., Щербаков В.И., Филимонов А.Б., Терешкина В.И. Двухмассовая механическая модель виброизолирующего помоста основовязальных машин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 1995, № 5.С. 92...95.

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,-31 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.