Расчётная оценка вибронагруженности транспортного агрегата мотоблока с различной комплектацией шин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Лапшин Ю. ГПодрубалов М. В. РАСЧЁТНАЯ ОЦЕНКА ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ ТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА МОТОБЛОКА С РАЗЛИЧНОЙ КОМПЛЕКТАЦИЕЙ ШИН

Распространение в настоящее время малогабаритной техники (мини-тракторы, мотоблоки) принимает всё большие масштабы. Однако, для этих агрегатов до сих пор нет каких-либо данных по уровню низкочастотной вибрации на сидении человека-оператора, который определяется в соответствии со СТ ИСО 2631-7 9 и ГОСТ 12.2.019-86, и даёт возможность использования этих агрегатов без ущерба для организма в течение определённого количества часов рабочего времени.

Таблица 1

Нормы международного (для 8-ми часового рабочего дня) и отечественного стандартов по допустимому уровню низкочастотной вибрации на сиденьи оператора.

Средне- геомет- рическая частота, Гц Диапазон частот, Гц Допускаемое СКЗ ускорения (м/с2) по направлениям

МС ИСО 2631-79 ГОСТ 12.2.01986

X , Y Z X , Y* Z

1 0,7-1,4 0,39 1, 10 0,316** 0,632 -

2 1,4-2,8 0,42 0,79 0,423 0,846 1.15

4 2, 8-5,6 0,8 0,57 0,80 1,60 0.80

8 5,6-11,2 1,62 0,6 1,62 3,21 0.60

16 11,2-22,4 3,20 1,14 3,20 6,39 1.14

* - рекомендуемые нормы;

** - нормы в числителе для тракторов и машин, технические задания, на проектирование которых утверждены после введения ГОСТ 12.2.019-86.

Примечание: СКЗ ускорений из ГОСТ 12.2.019-86 приведены для тракторов и с.-х. машин класса

0,6.

Поэтому, получение оценок виброускорений на сидение человека-оператора при выполнение типичных операций указанных агрегатов имеет безусловный интерес.

В данной работе рассматривался транспортный агрегат мотоблока (мотоблок-тележка), который по экспертным оценкам наибольшее время использовался в процессе эксплуатации.

Расчётная схема динамической системы «транспортный агрегат мотоблок-оператор» представлен на рис. 1.

Рис. 1. Расчётная схема динамической системы "транспортный агрегат мотоблок - челове- оператор"

На схеме агрегат с оператором интерпретируется в виде системы четырёх твердых тел, соединенных упруго-диссипативными связями и шарниром, имеющей четыре входа и семь степеней свободы. Малые колебания масс системы около положения равновесия описываются системой обыкновенных линейных уравнений четырнадцатого порядка.

Математическая модель, описывающая малые пространственные колебания масс этой динамической системы при стационарном кинематическом воздействии описано в работе /1/.

На схеме введены следующие обозначения:

Qi - (1= 1,4 ) - кинематические воздействия от профиля пути.

qk - (И:= 1,7 ) - обобщенные координаты

Р1 - центр инерции мотоблока;

Р2 - центр инерции тележки;

О1 - проекция точки Р на ось горизонтального шарнира;

02 - проекция точки Р на ось горизонтального шарнира;

03 - центр инерции оператора и сидения;

04 - центр инерции руля;

А,В - точки регистрации ускорений;

^1, р2, Еэ, р4 - точки крепления колес; ис1, ис2 - точки крепления подвески сидения;

Ех, Е2 - точки крепления подвески руля;

Е3, Е4 - точки соприкосновения руля с руками и рук с туловищем ; с (1= 1,8 ) - жесткости упругих элементов; к1 (1= 1,8 ) - коэффициенты диссипации;

По алгоритмам, изложенным в работе /1/, разработаны программы на языках Фортран и Си. Программы адаптированы на ПЭВМ.

Основные принципы задания параметров динамической системы транспортного агрегата мотоблока и оператора при расчётной многовариантной оценке эффективности системы виброзащиты следующие:

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

-выбор коэффициентов сопротивления в шинах и границ их варьирования обеспечивались предварительными расчетами оценок суммарных эквивалентных коэффициентов сопротивления в упругодиссипативных связях методом статистической линеаризации;

-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 и руля 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 (р™=0,7

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

-диапазоны варьирования параметрами динамической системы выбирались исходя из информационной модели и соображений конструктивной осуществимости объекта.

На рис.1, 2 представлены средние квадратические значения (СКЗ) горизонтально-продольных (X), горизонтально-поперечных (Y) и вертикальных (Z) ускорений на сиденьи оператора при варьировании различными параметрами динамической системы транспортного агрегата груженого мотоблока М-3 при его движении на 2-й передаче со скоростью 3, 18 м/с по эталонному треку грунтовой дороги ГОСТ 12.2.002-91 со сдвигом колей, обеспечивающее независимость входных возбуждений по правой и левой колеям при данной скорости.

У агрегата с неподрессоренным сиденьем (рис.1) уровень вибрации на предполагаемых к использованию шинах (4.00-10 модели Ф-106 и 4.00-10 массивной) очень высок и больше, чем нормативный (табл.1) отечественного стандарта (соответственно для указанных шин по вертикальной вибрации в 7 -10 раз - 3 октавный диапазон частот (ОДЧ) и 3,6-27 раз - 4 ОДЧ). Для международного стандарта это превышение в третьей октаве еще выше. Горизонтально-продольная вибрация агрегата на шинах модели

Ф-10 6 укладывается в норму, а на массивных значительно ее превышает (в 1,5 раза - 3 ОДЧ, в 1,6

раза - 4 ОДЧ).

Рис.1 показывает, что большой уровень горизонтально-продольных и вертикальных ускорений на мотоблоке с неподрессоренным сиденьем можно эффективно снизить применением мягких в радиальном направлении шин с жесткостью 10-20 кН/м, аналогичных, например, шинам фирм Данлоп или Гудьир с внутренним давлением воздуха р™ = 0,2-0,3 кг/см. Однако, как показывают зависимости (рис. 1), даже с ними на сидении СКЗ вертикальных ускорений будет превышать норму в 3-ем ОДЧ в 6-9 раз соот-

ветственно для отечественного и международного стандарта. Кроме того, исследование влияния демпфирования на выходные параметры вибрации показало, что оно весьма мало (рис. 2).

Таким образом расчёты показали, что необходимо вводить в конструкцию прицепного агрегата дополнительную ступень виброзащиты — эффективную подвеску сиденья человека-оператора.

Рис. 1. Зависимости СКЗ ускорений на неподрессоренном сиденьи от жёсткости шин (кі,2=0.3 кНс/м), (ОДЧ1 - 0,7-1,4 Гц, ОДЧ2 - 1,4-2,8 Гц, ОДЧ3 - 2,8-5,6 Гц, ОДЧ4 - 5,6-11,2 Гц, ОДЧ5 -11,2-22,4 Гц).

м/с;

0.6

Продолъные(Х)

ОДЧІі 0.4

одч^з

ОДЧЗ^

ОДЧ4і - ■ С .2 ОДЧЗі

С.05

Г оризонтально-поперечные(У)

\

\

N

—. __

_ . — -

20

ОДЧІІІЗЗЗ ОДЧ2Чш ОДЧЗі ОДЧ4і ОДЧ5і ?

ш

\

\ \

\

\ \

\

\ \

ч

N

V .

В ертикал ьные (X)

ОДЧ1; ОДЧ2і б

ОДЧЗі

ОДЧ4і

ОДЧ5і

V \

і \ \ \

\ X ''

1 1 1 (зШ*0

Рис. 2. Зависимости СКЗ ускорений на неподрессоренном сиденьи от коэффициента сопротивления в шинах мотоблока 4,0 0-10 модели Ф-106 (pw=1.0 кг/см2, Сі,2=85 кН/м); К-82 (pw=1.7 кг/см2, Сі,2=130 кН/м);(ОДЧ1 - 0,7-1,4 Гц, ОДЧ2 - 1,4-2,8 Гц, ОДЧ3 - 2,8-5,6 Гц, ОДЧ4 - 5,6-11,2 Гц, ОДЧ5 - 11,222,4 Гц).

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. Москва. 2007 г.

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

3. Стандарт ИСО 2631-78. Руководство по оценке воздействия общей вибрации на тело человека. М. , Сборник стандартов, 1997г.

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

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