Результаты экспериментальных исследований системы виброзащиты дорожной уборочно-подметальной машины на базе трактора МТЗ-80 Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

2. Благовещенская, М. М. Информационные технологии систем управления технологическими процессами / М. М. Благовещенская, Л. А. Злобин. — М. : Высш. шк., 2005. — 768 с.

3. Пешко, М. С. Задача фазификации параметров процесса вегетации при построении нечеткого регулятора / М. С. Пешко, А. В. Федотов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2013. - № 2(120). - С. 290-293.

ПЕШКО Михаил Сергеевич, ассистент кафедры автоматизации и робототехники Омского государ-

ственного технического университета. Адрес для переписки: [email protected] ШКАПОВ Павел Михайлович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой теоретической механики Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 13.04.2015 г. © М. С. Пешко, П. М. Шкапов

УДК 625.768.1

И. А. ТЕТЕРИНА

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

г. Омск

РЕЗУЛЬТАТЫ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМЫ

ВИБРОЗАЩИТЫ ДОРОЖНОЙ

УБОРОЧНО-ПОДМЕТАЛЬНОЙ

МАШИНЫ НА БАЗЕ

ТРАКТОРА МТЗ-80_

В статье отражены результаты экспериментальных исследований дорожной уборочно-подметальной машины на базе трактора МТЗ-80 в различных режимах работы. Представлены значения и дан сравнительный анализ среднеквадратических значений корректированного виброускорения на корпусе ДВС, полу кабины и сиденьи оператора дорожной уборочно-подметальной машины при уборке территории от снега с использованием подметального оборудования.

Ключевые слова: вибрация, виброускорение, виброзащита, дорожные уборочно-под-метальные машины.

Вибрация, возникающая в ходе работы дорожной уборочно-подметальной машины, негативно воздействует не только на саму машину, ускоряя износ деталей и снижая тем самым сроки эксплуатации, но и на оператора, оказывая вредное воздействие на организм, заключающееся в ухудшении функционального и физиологического состояния человека [1, 2].

Наряду с грузовым автомобилем, самоходным шасси, одним из видов машин, на которых базируется спецоборудование, является трактор. В Российской Федерации и странах ближнего зарубежья в качестве базовой машины часто используется трактор МТЗ-80.

Машины этой модели широко применяют в коммунальном хозяйстве городов как для патрульной скоростной снегоочистки в составе транспортной колонны, так и для одиночной уборки дорог, площадей и тротуаров от мусора и свежевыпавшего снега.

Комплектование базовой машины возможно следующим спецоборудованием:

— плужно-щеточным;

— щеткой с приводом;

— плужным отвалом;

— навесным оборудованием погрузчика;

— роторным;

— водяным резервуаром на прицепном шасси;

— разбрасывающим оборудованием;

— водяной и гидравлической системами.

На рис. 1 представлен объект экспериментальных исследований — дорожная уборочно-подметальная машина на базе трактора МТЗ-80.

Базовая машина оборудована цилиндрической щеткой с приводом и навесным оборудованием погрузчика. В зимний период времени дорожная уборочно-подметальная машина (ДУПМ) снимает отвалом верхний снежный слой, затем с помощью щетки сгребает остатки снежных осадков. В летний период плужным отвалом сгребается мусор, оставшийся на дорожном покрытии грунт, а также формируются кучи. Универсальность использования позволяет ДУПМ считать ее всесезонной [3].

Цель проведенных испытаний: определить уровень вибрации на рабочем месте оператора в рабочем режиме ДУПМ.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Определить параметры, которые будут взяты для изучения уровня вибрации на рабочем месте человека-оператора ДУПМ.

Рис. 1. Дорожная уборочно-подметальная машина на базе трактора МТЗ-80

Рис. 2. Места установки датчиков: а — ДВС; б — пол; в — сиденье

2. Определить уровень виброускорения на рабочем месте человека-оператора ДУПМ (полу кабины и сиденьи) при разных режимах работы.

3. Определить уровень виброускорения на корпусе ДВС ДУПМ, т.е. в источнике, при разных режимах работы.

Исследования проводились на базе БПОУ «Омский АТК» в светлое время суток, на поверхности с твердым покрытием со свежевыпавшим снегом, толщиной осадков не более 50 мм. Температура окружающего воздуха находилась в пределах 15 — 18 °С.

При проведении экспериментальных исследований использовался комплект портативной многофункциональной аппаратуры «Экофизика-110А» (HF) с датчиками VIBRATION TRANSDUCER AP 98100-01 для измерения параметров вибрации [4]. Для измерения числа вращений рабочего органа (щетки) использовался цифровой тахометр DIGITAL TACHOMETER DT-2234A.

В качестве регистрируемых параметров определены значения среднеквадратического корректированного виброускорения в октавных полосах частот [5].

На рис. 2 показаны места установки датчиков для измерения уровня виброускорения на рабочем кресле оператора, полу кабины и корпусе ДВС, как одного из параметров, с помощью которого возможно определить уровень вибрации.

Варьируемыми параметрами при проведении эксперимента были выбраны:

— режимы работы машины (рабочий режим, режим холостого хода с включенным и выключенным рабочим органом);

— число вращений рабочего органа (на малых, средних и высоких оборотах ДВС);

— обороты ДВС (малые, средние, высокие).

Эксперимент проводился в несколько этапов:

— на первом этапе проводилось измерение значения среднеквадратического корректированного виброускорения в октавных полосах частот (м/с2) в местах установки датчиков, в режиме холостого хода без включения рабочего органа (щетки);

— на втором этапе проводилось измерение значения среднеквадратического корректированного виброускорения в октавных полосах частот (м/с2) в местах установки датчиков, в режиме холостого хода с включенным рабочим органом (щеткой), а также с помощью цифрового тахометра, измерение числа вращений рабочего органа (щетки) при малых, средних и высоких оборотах работы двигателя;

— на третьем этапе проводилось измерение значения среднеквадратического корректированного виброускорения в октавных полосах частот (м/с2) в местах установки датчиков, в рабочем режиме ДУПМ, на скорости 10 км/ч [6].

Анализ результатов эксперимента показал, что самым вибронагруженным является рабочий режим, так как в этом режиме были зафиксированы наиболее высокие среднеквадратические значения корректированного виброускорения.

В качестве примера на рис. 3 отражены результаты одного из серии замеров уровня виброускорения на рабочем месте оператора (полу кабины и сиденьи) и в источнике (на корпусе ДВС).

Кроме этого, анализ данных, полученных при измерении среднеквадратических значений коррек-

Рис. 3. Среднеквадратические значения корректированного виброускорения в октавных полосах частот при 1680 оборотах работы двигателя на скорости 10 км/ч: 1 — на корпусе ДВС; 2 — на полу кабины; 3 — на сиденьи оператора

0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0

12

1

2

4

8

16

31,5

£Гц

Рис. 4. Среднеквадратические значения корректированного виброускорения в октавных полосах частот на корпусе ДВС при 1680 оборотах вращения коленчатого вала в режимах: 1 — холостой ход без включения рабочего органа; 2 — холостой ход с включенным рабочим органом;

3 — рабочий режим при скорости 10 км/ч

тированного виброускорения в рабочем режиме, позволил сделать следующие выводы: уровень средне-квадратических значений корректированного виброускорения на рабочем месте оператора (полу кабины) в диапазоне частот от 4 до 16 Гц превышает уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения на корпусе ДВС, т.е. в источнике; уровень среднеквадратического значения корректированного виброускорения на рабочем месте оператора (сиденьи) на частоте 31,5 Гц практически равен уровню среднеквадратического значения корректированного виброускорения на корпусе ДВС, т.е. в источнике и возрастает в 17 раз по отношению к уровню среднеквадратического значения корректированного виброускорения на рабочем месте оператора (сиденьи) на частоте 16 Гц; уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения на рабочем месте оператора (полу кабины) и корпусе ДВС резко возрастает в диапазоне частот от 31,5 до 125 Гц.

Сравнительный анализ среднеквадратических значений корректированного виброускорения в октавных полосах частот на корпусе ДВС при 1600 об./мин вращения коленчатого вала в различных режимах работы ДУПМ позволил оценить вклад каждого из источников в общий уровень вибрации (рис. 4).

В результате сравнительного анализа были сделаны следующие выводы. На частоте 2 Гц :

— уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения от рабочего органа (щетки) составил 0,0235 м/с2, следовательно, вклад этого источника вибрации составил 29 %;

— уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения от микрорельефа составил 0,0686 м/с2, что равно 46 %;

— уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения от взаимодействия рабочего органа и микрорельефа составил 0,0921 м/с2 (61 %).

На частоте 4 Гц уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения от взаимодействия рабочего органа и микрорельефа равен 0,033 м/с2, что составляет 33 % от общего уровня виброускорения. На частоте 8 Гц уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения от взаимодействия рабочего органа и микрорельефа равен 0,0399 м/с2, что составляет 39 % от общего уровня виброускорения. На частоте 16 Гц уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения от взаимодействия рабочего органа и микрорельефа составил 0,0627 м/с2 (33 %). На частоте 31,5 Гц уровень среднеквадратических значений корректированного виброуско-

3

Рис. 5. Уровень среднеквадратических значений корректированного виброускорения в октавных полосах частот на рабочем месте (полу кабины) оператора в режимах: 1 — холостой ход без включения рабочего органа; 2 — холостой ход с включенным рабочим органом;

3 — рабочий режим при скорости 10 км/ч

рения от взаимодействия рабочего органа и микрорельефа составил 0,4946 м/с2 (74 %).

Сравнительный анализ уровня среднеквадратиче-ских значений корректированного виброускорения в октавных полосах частот на рабочем месте оператора (полу кабины) при 1600 об./мин вращения коленчатого вала в различных режимах работы ДУПМ позволил оценить уровень эффективности работы системы виброзащиты оператора (рис. 5).

Сравнительный анализ полученных в результате данных позволил сделать ряд выводов. В рабочем режиме отмечены самые высокие уровни средне-квадратических значений корректированного виброускорения на рабочем месте (полу кабины) оператора.

В рабочем режиме уровни среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины резко возрастают при частоте 2 Гц. В диапазоне частот от 2 до 8 Гц наблюдается снижение уровня среднеквадратических значений корректированного виброускорения, на полу кабины. На частоте 8 Гц наблюдается дальнейшее возрастание уровня среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины.

В режимах холостого хода с включенным и выключенным рабочим органом наиболее высокие уровни среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины отмечены на частоте 16 Гц. Превышение уровня среднеквадра-тических значений корректированного виброускорения на полу кабины в рабочем режиме над уровнем среднеквадратических значений корректированного виброускорения на полу кабины в режиме холостого хода с включенным рабочим органом на всем диапазоне частот, в среднем составляет 65,1 %.

Анализ полученных результатов позволил сделать вывод неэффективности существующей системы

виброзащиты для всех режимов работы ДУПМ и необходимости разработки виброзащитной системы, которая обеспечивала бы максимально низкий уровень вибрации на рабочем месте оператора ДУПМ в диапазоне частот 4 — 31,5 Гц.

Библиографический список

1. Челомей, В. Н. Вибрации в технике : защита от вибрации и ударов : справочник / В. Н. Челомей. — М. : Машиностроение, 1981. - В 6 т. Т. 6. - 456 с.

2. Щербаков, В. С. Снижение динамических воздействий на одноковшовый экскаватор : моногр. / В. С. Щербаков, П. А. Корчагин. - Омск : СибАДИ, 2000. - 147 с.

3. Дорожные машины : в 2-х ч. Ч. II : Машины для устройства дорожных покрытий : учеб. для вузов по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование» / К. А. Артемьев[и др.]. - М. : Машиностроение, 1982. - 396 с.

4. Шумомер-виброметр, анализатор спектра «Экофизика-110А». Руководство по эксплуатации ПКДУ. 411000.001.02РЭ / Приборостроительное объединение Октава-ЭлектронДизайн. -М., 2011. - 92 с.

5. ГОСТ 31191.1 -2004. Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Общие требования. - Введ. 2008-07-01 - М. : Стандартинформ, 2008. - 43 с.

6. Корчагин, П. А. Результаты экспериментальных исследований вибрационного воздействия на оператора дорожной уборочно-подметальной машины / П. А. Корчагин, И. А. Тете-рина // Вестник СибАДИ. - 2015. - № 2 - С. 52-57.

ТЕТЕРИНА Ирина Алексеевна, аспирантка кафедры механики.

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 23.04.2015 г. © И. А. Тетерина