CC BY
107
УДК 658.382
КОЛЕБАНИЯ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ТРАКТОРИСТА
Пехтерев М.М., Самусенко В.И., ст. преподаватели кафедры ЭМТП Ф1ЪОУ НПО «брянская государственная сельскохозяйственная академия»
Воздействие колебаний ощущается каждым человеком по-разному. Подвеска остова трактора. на котором крепится сиденье, не удовлетворяет требованиям установленных норм колебаний. поэтому возникла проблема локального подрессоривания сиденья
Комплексное влияние на человека различных параметров колебаний и регламентацию норм вредного воздействия вибраций учитывают при разработке требований к машине. Объективная оценка их влияния дается по среднестатистическим данным обработки, получаемой в результате исследований информации. Частота колебаний различна, поэтому их передача по человеческому телу происходит неодинаково. Как-видно из рисунка 234. частоты ниже 5 Гц передаются по человеческому организму во всем объеме, частоты выше 20 Гц не достигают сердца. а для частот более 50 Гц колено является верхним пределом проникновения. Частоты свыше 80 Гц практически не передаются выше стопы. Эта картина мало изменяется для сидящего человека: высокие частоты поглощаются сиденьем вместо ног.
Рис. 1. Проводимость вибраций для стоящего человека при различных частотах
В прикладной динамике колебания иногда условно подразделяют на собственно колебания (низкочастотные - до 20 Гц) и вибрации (высокочастотные - свыше 20 Гц). Такое деление значимо и для рабочего места тракториста, потому
The influence of fluctuations is felt by each man differently. The suspension bracket of a skeleton of a tractor, on which the seat fastens, does not meet the requirements of the established norms of fluctuations, therefore there was a problem of a local soft seat.
что в тракторах диапазон частот достаточно широк. Низкочастотные колебания возникают главным образом от неровностей профиля пути, а источником вибраций являются неуравновешенные силы инерции двигателя и опрокидывающий реактивный момент газовых сил. Низкочастотные колебания носят слу чайный характер. а вибрации являются чисто гармоническими колебаниями.
Источники происхождения колебаний и их характер предполагают многообразие подходов к их изучению и разные способы снижения влияния на организм человека В связи с этим следует подчеркнуть, что плавность хода трактора -это только часть проблемы вредного воздействия колебаний на тракториста. Эргономический аспект колебаний в тракторе гораздо шире и проблема плавности хода по своему содержанию является лишь частью динамики трактора.
Степень влияния колебаний на человека зависит от их частоты, скорости и ускорения. Чем выше частота колебаний, тем меньше должно быть ускорение. Так. при частоте 1 Гц неприятные ощущения у человека появляются при ускорении 2,3 м/с . а при частоте 2 Гц порог неприятного восприятия колебаний снижается до ускорения 1,9 м/с . Наиболее неблагоприятные скорости колебаний находятся в пределах 0,03...0,1м/с.
Основными оценочными показателями вредного воздействия колебаний являются уровни вибронагруженности тракториста. Виб-ронагруженность оценивают по средним квад-ратическим ускорениям, потому что именно ускорения вызывают действие сил инерции отдельных органов человека (сердца, легких, желудка и т. д.). каждый из которых обладает своей собственной частотой колебаний. Показатели уровня вибронагруженности водителя автомобиля и тракториста одинаковые и должны соответствовать нормам, регламентируемым ГОСТ
12.2.019-86 (1). Стандарт устанавливает частоту собственных колебаний сиденья, методику расчета и методы испытаний.
Проблема локального подрессоривания сиденья возникла потому, что подвеска остова трактора, на котором крепится сиденье, не удовлетворяет требованиям установленных норм колебаний. Чтобы эти колебания не оказывали вредного воздействия на тракториста, сиденье подрессоривают. Остов трактора при этом может иметь более высокий уровень колебаний в местах крепления сиденья Весь спектр низко- и высокочастотных колебаний, действующих на остов трактора, поглощается сиденьем.
На рисунке 2 представлена схема подрессоренного сиденья с пассивной подвеской с необходимыми регулировками.
Рис. 2. Схема регулируемого, подрессоренного сиденья:
1 - кронштейн; 2 - нижнее звено; 3 - верхнее звено; 4 - амортизатор; 5 - вилка (диагональ); 6 - пружина; 7- винт регулировки свободного хода (жесткости пружины); 8 - винт (вту лка) регулировки высоты сиденья; 9 - сиденье;
10 - верхняя ось; 11 - нижняя ось;
12- фигурная ось
Сиденье имеет подвеску параллелограммно-го типа. Функцию уттрутого элемента в подвеске выполняет коническая пружина 6, встроенная в диагональ параллелограмма, а функцию демпфера - гидравлический амортизатор 4 одностороннего действия. При регулировке без нагрузки сиденье устанавливают так. чтобы между звеньями 2,3 параллелограмма и полом кабины образовался угол 15° При массе тракториста 70 кг сиденье должно опу ститься на 20 мм.
В работе пружина 6 одним концом упирается в резьбовую шайбу регулировочного винта 7, а другим - в вилку 5. При перемещении сиденья вниз вилка 5 поворачивается вокру г оси 10. а резьбовая втулка регулировочного винта 7 с фигу рной осью 12 - вокруг нижней оси 11В результате этого резьбовая шайба винта 7сжимаст пружину 6. зазор между вилкой 5 и буртом регулировочного винта у величивается. Амортизатор 4 не препятствует движению сиденью вниз, а при движении вверх создает дополнительное
сопротивление, снижая этим интенсивность колебаний.
Благодаря параллелограммному устройству сиденье перемещается вниз и вверх только в вертикальной плоскости, сохраняя горизонталь-нос положение и обеспечивая этим стабильность вертикального положения корпу са тракториста.
В констру кции сиденья предусмотрено три регулировки. В зависимости от роста тракториста сиденье можно устанавливать в разные положения по высоте и в продольном направлении (по оси трактора), а от массы тракториста зависит регулировка жесткости подвески.
Пределы регулирования жесткости подвески сиденья должны быть рассчитаны на массу тракториста от 60 до 120 кг. Жесткость подвески изменяют за счет предварительного поджатия пру жины 6, одновременно вращая винт 7 и резьбовую втулку 8. Вращая винт 7 при неподвижной втулке 8, изменяют расстояние между буртом регулировочного винта 7 и торцом вилки 5. От этого расстояния зависит ход сиденья вверх. Вращая резьбовую втулку 8 при неподвижном винте 7. изменяют размер диагонали параллелограмма. который определяется расстоянием между осью 10 и фигурной осью 12. Вследствие этого изменяется высота положения сиденья
Все сиденье вместе с кронштейном 1 может перемещаться на салазках вперед и назад в зависимости от размеров тракториста, приближая или отдаляя его от приборов и рычагов у правления
Если сиденье крепят к деталям кабины, то виброзащита кабины снижает колебания на рабочем месте тракториста.
Если уровень ускорений под сиденьем достаточно велик, рассмотренная система подвески может оказаться недостаточно эффективной для их снижения до требуемого уровня. Одним из способов решения проблемы в этом случае является применение сиденья с активной подвеской. где используется система подрессоривания по принципу замкнутых систем автоматического регулирования. Регулирование осуществляется по второй производной от перемещения (по ускорению), благодаря чему само перемещение в значительной мере у преждается.
Рассмотрим работу такой системы, изображенной на рисунке 3. Под влиянием внешнего воздействия Хс масса сиденья 5 перемещается на величину ¿т. преобразуемую с помощью акселерометра в ускорение . Золотник 2 получает сигнал от акселерометра 1 и передает гидроцилиндру 4, который в зависимости от смещения золотника создает усилие, притягивающее или отталкивающее сиденье от основания.
Рис. 3. Система активного подрессоривания сиденья:
а - конструктивная схема; б- стру кту рная схема; 1 - акселерометр; 2 - золотник; 3 - гидронасос; 4 - гидроцилиндр; 5 - сиденье; 6 - регу лятор: в - модуль частотной характеристики для линейной оптимальной нерегулиру емой (I) и автоматической системы (II)
На рисунке 3. б объект регу лирования - сиденье 5, а акселерометр, золотник и гидроцилиндр условно объединены в один узел - регулятор 6. Сопоставление моду лей частотной характеристики (Рисунок 3. в) показывает, как существенно снижаются у скорения на сидсньи тракториста благодаря применению активной подвески.
Стандарт регламентирует нормы вибраций
на органах у правления, т. е. на тех элементах конструкции трактора, с которыми тракторист контактирует в процессе у правления МТА. К их числу относятся рукоятки, педали, рулевое колесо. Как отмечалось ранее, влияние вибраций на человека зависит от частоты, скорости и ускорения В таблице 1 у казаны нормы вибраций. установленные ГОСТ 12.2.019-86.
Таблица 1 - Параметры вибрации на органах управления тракторов и машин
Параметр Значение параметра для октавных полос со средними квадратическими частотами. Гц
16 31,5 63 125 250
Среднее квадратическое 4.0 10 " 2.8 10 " 2,0 10" 1,4 10"' 1,0 10* значение скорости, м/с Уровень колебания значений 118 115 112 109 106 скорости. дБ
Однако вибрация панели приборов и дру гих элементов кабины также создает дискомфортные условия работающему трактористу. Основной способ снижения вибраций - установка кабины на резиновых амортизирующих подушках (Рисунок 4). Стойка кабины заканчивается проу шиной 4, в котору ю запрессован упру гий (резиновый) элемент 1 с каналом под втулку болта 2. Этим болтом стойку кабины крепят через проушину 4 к основанию 3. Как правило, кабину крепят к остову трактора в четырех точках, иногда в трех.
Рис. 4. Крепление каркаса кабины к остову трактора через упругие элементы
1 - упругий элемент; 2 - болт; 3 - основание стойки кабины; 4- проу шина
На рису нке 5 представлен иной тип амортизатора - в виде конической втулки 2 с двумя фланцами, изготовленными из эластичного материала. Опору кабины устанавливают и фиксируют в кронштейне 4 с помощью пластины 5 и
болта 1. Кронштейн и опора кабины соединены между собой с помощью шарниров, что позволяет кабине поворачиваться вокруг оси 3, параллельной продольной оси трактора.
Рис. 5. Крепление кабины к рамс трактора: 1 - болт; 2 - коническая вту лка (упругий элемент); 3 - ось; 4 - кронштейн; 5- пластина
Для тракторной кабины применяют также виброзащитную опору, состоящую из двух резиновых блоков с наружной цилиндрической оправкой. Один блок имеет постоянную характеристику упру гости, а второй - переменну ю, настраиваемую трактористом из кабины вручную, с помощью у порного болта. Изменяя жесткость опоры, можно корректировать собственную частоту колебаний кабины и избегать резонанса. Такие виброзащитные элементы называют активными.
Существует большая группа резиновых и резинометаллических опор, у которых жесткость увеличивается по мере возрастания статической нагрузки. Переменная жесткость у пру гого элемента достигается применением на них прорезей, выемок, полостей, которые выбираются при у величении нагрузки, стенки их смыкаются. и жесткость опоры у величивается.
Однако разработка и создание таких сложных форм представляет определенные трудности В тракторостроении применяют более простые, недостаточно эффективные конические, куполообразные резиновые элементы, работающие на сдвиг и сжатие и обеспечивающие гашение продольных, поперечных, а в некоторых случаях и крутильных колебаний.
Иногда простые резиновые блоки устанавливают с наклоном. В этом случае эластичные элементы работают на сдвиг и сжатие. Если опоры устанавливать под разными углами к горизонтальной плоскости, то за счет правильного подбора упругих характеристик можно добиться хороших демпфирующих свойств и избежать возникновения резонанса, наступающего при синхронном возбуждении частоты во всех опорах.
