Математическая модель виброизолирующего сиденья человекаоператора с учетом его биомеханических характеристик Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Международный научный журнал «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА»_ISSN 2410-6070_№ 4/2015

2. Интернет-ресурс: computerra.ru/58046/brain-computer-interface

3. Интернет-ресурс: Wikipedia.org/wiki/Нейрокомпьютерный_интерфейс

©Е. Я. Титова, 2015

УДК: 534.833:621

Т.Д.Ходакова, ст. преподаватель, к.т.н., Московская финансовая юридическая академия, М.О.Стареева, научный сотрудник, Российская государственная библиотека, е-mail: Xodakova@bk.ru

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕГО СИДЕНЬЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА С УЧЕТОМ ЕГО БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Аннотация

Рассмотрена динамика системы виброизоляции подвески сиденья с учетом поведения тела человека-оператора, описываемой системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Приведен расчет на ПЭВМ исследования динамических характеристик системы «оператор на виброизолирующем сиденье». Выявлена величина амплитудного провала, обусловленного поведением тела человека-оператора как динамического гасителя.

Ключевые слова

система виброизоляции, собственные частоты, динамический гаситель.

Вибрация является одним из основных вредных производственных факторов [1,с.92; 2,с.97; 3,с.33; 4,с.75; 5,с.60], поэтому одной из актуальных задач исследователей на современном этапе является создание эффективных технических средств виброзащиты производственного персонала от их воздействия.

На рис.1 изображен общий вид виброзащитного сиденья с равночастотными свойствами [6, с.17]. 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. 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 элемент 11 имеет возможность настройки заданной на вес оператора жесткости системы посредством регулирующего механизма 12. Вертикальные вибрации, передаваемые на сиденье оператора, гасятся упругим элементом 11, а горизонтальные - упругими элементами 4 и 5 в механизме стабилизации крена.

Рисунок 1 - Общий вид подвески виброзащитного сиденья с направляющим механизмом параллелограммного типа.

Рисунок 2 - Математическая модель виброизолирующего сиденья человека-оператора с учетом его биомеханических характеристик.

Динамика рассматриваемой системы виброизоляции описывается следующей системой обыкновенных дифференциальных уравнений:

\mYs2Zj + -Z2)+ СZ -Z2) = 0,

2

lm2 S 2 Z 2 + b1s(Z 2 - Z1)+ С1 (Z 2 - Z1 )+ b2 s(Z 2 -U)+ С2 (Z 2 -U )= 0

(1)

гдн: т1 — масса оператора; с — жесткость оператора; Ь1 — его относительное демпфирование: к

■ (здесь hl и h2 - абсолютное демпфирование); т2 - масса подвижных частей подвески сиденья; с2

Ь % /-

2V ст

- ее жесткость и Ь2 - демпфирование. Динамический гаситель колебаний, включающий все параметры колебательной системы т1, с1, Ы, с наибольшей достоверностью имитирует поведение тела человека-оператора в реальных условиях. Для теоретического исследования динамических характеристик этой схемы была составлена программа расчета на ПЭВМ (язык программирования «СИ++») [2,с.99]. Анализируя результаты, полученные при проведении машинного эксперимента на ПЭВМ по исследованию динамических характеристик системы «оператор на виброизолирующем сиденье», можно сделать следующие выводы.

Рисунок 3 - Динамические характеристики системы «оператор на виброизолирующем сиденье» при следующих параметрах: Р1 = 80 кГс; Ю1 (уаг 20...40 с1 ); Ы = 0,2; Р2 = 50 кГс; Ю2 = 37,68 с1 ; Ь2 =0,05.

Рисунок 4 - Динамические характеристики системы «оператор на виброизолирующем сиденье» при следующих параметрах: Р1 = 80 кГс; Ю1 = 25,4 с-1 ; Ы = 0,6; Р2 = 50 кГс; о>2 = 62,8 с-1 ; Ь2 ^аг 0...1).

С уменьшением Ю1 уменьшается величина первого резонансного пика динамической характеристики со смещением влево по частотной оси, а величина второго резонансного пика динамической характеристики увеличивается также смещаясь влево. При этом величина амплитудного провала, обусловленного поведением тела человека-оператора как динамического гасителя, уменьшается со смещением его максимума влево по частотной оси (рис. 3,4). Изменение демпфирования в схеме, моделирующей тело оператора, т.е. Ы в диапазоне от 0 до 1,0 слабо сказывается на изменении в динамической характеристике системы (за исключением случая, когда Ы =0, при этом появляется второй резонансный пик).

Список использованной литературы:

1. 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.

2. 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.

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

4. Oleg S. Kochetov. Study of the Human-operator Vibroprotection Systems.// European Journal of Technology and Design. Vol. 4, No. 2, pp. 73-80, 2014.

5. Ходакова Т.Д., Гальянов И.В., Синев А.В., Елин А.М. Дорожные испытания пневматического виброзащитного сиденья оператора самоходных сельскохозяйственных машин //Информационный сборник «Охрана труда». М.: Всероссийский центр охраны труда (ВЦОТ), 2004г., Вып.№7.-80 с. С.56-62.

6. Гальянов И.В., Черкасов А.Ю., Кочетов О.С., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Кочетова М.О. Сиденье водителя самоходной сельскохозяйственной техники// Патент на изобретение № 2266832. Опубликовано 27.12.2005. Бюллетень изобретений №36.

© Т.Д.Ходакова, М.О.Стареева, 2015

УДК 534.833: 621

Т.Д.Ходакова, ст. преподаватель, к.т.н., Московская финансовая юридическая академия, М.О.Стареева, научный сотрудник, Российская государственная библиотека, е-mail: Xodakova@bk.ru

РАСЧЕТ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ СИСТЕМ ДЛЯ СТАНКОВ НА РЕЗИНОВЫХ ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ

Аннотация

Рассмотрен расчет системы виброизоляции для пневматических ткацких станков типа PN 130, установленных на межэтажных перекрытиях производственных зданий.

Ключевые слова

система виброизоляции, пневматические ткацкие станки, межэтажные перекрытия, упругий

резиновый элемент.

Размещение нового оборудования на старых производственных площадях предпочтительно осуществлять с установкой оборудования на виброизолирующие системы [1,с.89; 2,с.93; 3,с.33]. Известно

61

применение упругих резиновых элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [7,с.13; 8,с.17; 9,с.20; 10,с.15]. Расчеты показывают высокую эффективность этих упругих элементов в системах виброизоляции, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания [4,с.75;5,с.20;6,с.15;11,с.100;12,с.102;13,с. 118; 14,с. 110]. На рис.1 представлена расчетная схема системы виброизоляции для пневматических ткацких станков типа РК 130. Параметры станка: вес станка с навоем Q = 1760 кГс; число опорных точек станка т = 4; частота вращения главного вала П1 = 350 мин-1. На рис.2 изображена конструктивная схема резинового виброизолятора подвесного типа, содержащая резиновый упругий элемент 6, размещенный между крышкой 1 и корпусом 5. На рис.3 представлена конструктивная схема резинового виброизолятора обычного типа с 8- образным кронштейном, опирающимся на резиновый упругий элемент.

Рисунок 1- Расчетная схема системы виброизоляции для пневматических ткацких станков типа РК 130: 1-станок; 2-навой; 3-товарный валик; 4,5-резиновые виброизоляторы со стороны навоя станка и со стороны грудницы; 6-опорная поверхность станка; 7-межэтажное перекрытие.

Рисунок 2 - Конструктивная схема резинового виброизолятора подвесного типа: 1-крышка; 2-стержень; 3-зазор; 4-кожух; 5-корпус; 6-резиновый упругий элемент; 7-головка стержня; 8-кронштейн для крепления к опорной поверхности станка.

Рисунок 3 - Конструктивная схема резинового виброизолятора обычного типа: 1-лапа станка; 2-8-образный кронштейн; 3-резиновый упругий элемент; 4-опорная поверхность; 5-межэтажное перекрытие.