Моделирование динамики и экспериментальные исследования характеристик системы "виброзащитное сиденье - оператор промышленного трактора"
Автор: Абызов Алексей Александрович, Ерпалов Алексей Викторович, Мухиддинзода Камолиддини Джамолиддин
Рубрика: Контроль и испытания
Статья в выпуске: 4 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена исследованию динамических характеристик виброзащитного кресла и механической системы «кресло - оператор» промышленного гусеничного трактора. Исследования проводились для виброзащитного кресла Sibeco. Система подрессоривания кресла включает настраиваемый по массе и росту водителя пневматический упругий элемент и гидравлический амортизатор, а также податливую подушку. Целью работы является определение нелинейных упругих характеристик системы подрессоривания и подушки, а также характеристик эквивалентного вязкого трения. Упругие характеристики получены при статических испытаниях. При этом на кресло последовательно помещались грузы и регистрировались перемещения. Упругая характеристика стстемы подрессоривания регистрировалась при различных настройках пневматической рессоры. По результатам испытаний получена нелинейная регрессионная зависимость, связывающая усилие на кресле с его перемещением и параметром, характеризующим настройку. Аналогично получена статическая упругая характеристика подушки кресла. Для определения характеристик эквивалентного вязкого трения проведены динамические испытания. Кресло с установленными на нем грузами помещалось на вибростенд. Во время определения характеристик системы подрессоривания подушка кресла демонтировалась. При исследовании характеристик подушки воздух из пневматической рессоры выпускался, система подрессоривания кресла фиксировалась. В процессе испытаний определялись амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) системы. Коэффициенты эквивалентного вязкого трения определялись на основе сравнения расчетных и экспериментальных АЧХ. По результатам испытаний установлено, что динамическая жесткость подушки кресла существенно превышает статическую. Полученные характеристики в дальнейшем будут использованы при разработке динамической модели системы «гусеничный трактор - виброзащитное кресло - тело оператора». Расчетные исследования с помощью модели позволят на ранних стадиях проектирования прогнозировать вибрации на месте водителя, вызванные перемещением опорных катков по звеньям гусеницы, и осуществлять корректировку параметров системы с целью выполнения санитарных норм.
Трактор, сиденье оператора, виброизоляция, динамические характеристики
Короткий адрес: https://sciup.org/147239491
IDR: 147239491 | УДК: 621.136 | DOI: 10.14529/engin220405
Simulation of dynamics and experimental studies of the characteristics of the system “vibration protection seat - industrial tractor operator”
The article is devoted to the study of the dynamic characteristics of the vibration protection chair and the mechanical system “operator seat” of an industrial caterpillar tractor. The studies were carried out for the Sibeco anti-vibration chair. The seat suspension system includes a pneumatic elastic element and a hydraulic shock absorber, as well as a pliable cushion. Pneumatic elastic element is adjusted according to the weight and height of the driver. The aim of the work is to determine the nonlinear elastic characteristics of the suspension system and cushion, as well as the characteristics of the equivalent viscous friction. Elastic characteristics were obtained during static tests. At the same time, loads were sequentially placed on the chair and movements were recorded. The elastic characteristic of the suspension system was recorded at various settings of the air spring. Based on the test results, a non-linear regression dependence was obtained that relates the force on the seat to its movement and the parameter characterizing the setting. The static elastic characteristic of the chair cushion is obtained. To determine the characteristics of the equivalent viscous friction, dynamic tests were carried out. The chair with the weights installed on it was placed on a vibration stand. During the test of the suspension system, the seat cushion was dismantled. When research of the characteristics of the seat cushion, the air from the air spring was released, the seat suspension system was fixed. During the tests, the amplitude-frequency characteristics (AFC) of the system were determined. The coefficients of equivalent viscous friction were determined based on a comparison of calculated and experimental frequency responses. According to the test results, it was found that the dynamic rigidity of the chair cushion significantly exceeds the static one. The obtained characteristics will be further used in the development of a dynamic model of the “caterpillar tractor - vibration protection chair - operator's body” system. Computational studies using the model will make it possible at the early stages of design to predict vibrations at the driver's seat caused by the movement of road wheels along the track links and to adjust the system parameters in order to comply with sanitary standards.
Список литературы Моделирование динамики и экспериментальные исследования характеристик системы "виброзащитное сиденье - оператор промышленного трактора"
- Massimo, B. An overview of Low Back Pain and Occupational Exposures to Whole-Body Vibration and Mechanical Shocks / B. Massimo, S. Marianne, M. Marcella // La Medicina del lavoro. -2017. - Vol. 108, № 6. - P. 419-433. DOI: 10.23749/mdl.v108i6.6639
- СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. - М. : Изд-во стандартов, 1997. - 20 с.
- Transfer Functions as a Basis for the Verification of Models - Variability and Restraints / B. Hinz, G. Menzel, R. Buthner et al. // Clinical Biomechanics - 2001. - № 16. - P. 93-100. DOI: 10.1016/s0268-0033(00) 00109-1
- Kitazaki, S. Resonance Behaviour of the Seated Human Body and Effects of Posture / S. Kitazaki, M.J. Griffin // Journal of Biomechanics. - 1997. - Vol. 31, № 2. - P. 143-149. DOI: 10.1016/s0021-9290(97)00126-7
- Защита оператора промышленного трактора от низкочастотного вибрационного воздействия со стороны гусеничного движителя /Б.М. Позин, И.Я. Березин, Д.В. Хрипунов и др. // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: сб. науч. тр. - М.: МАДИ, 2001. - С. 219-225.
- Моделирование процесса формирования вибрационного нагружения рабочего места оператора промышленного трактора /И.Я. Березин, Ю.О. Пронина, П.А. Тараненко и др.// Тракторы и сельхозмашины. 2016. - № 8. - С. 14-18.
- Operator Seats for Agricultural Machinery SC2 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.sibeco.net/catalog/seats-for-operators/sidenya-operatora-dlya-selkhoztekhniki-sc2. (дата обращения: 23.11.2022).
- Bhatia1, A. Comparative Study of different Seat Cushion Materials to improve the Comfort of Tractor Seat / A. Bhatia1, S. Kalsi, A. Sehgal // Journal of The Institution of Engineers (India): Series A. - 2022. - Vol. 103. - P. 387-396. DOI: 10.1007/s40030-022-00622-8
- An Analysis of the Impact of Agricultural Tractor Seat Cushion Materials to the Level of Exposure to Vibration / B. Cvetanovic, D. Cvetkovic, M. Prascevic et al. / Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control. - 2017. - Vol. 36, № 2. - P. 116-123. DOI: 10.1177/0263092317711983
- Ning, D. An Innovative Two-Layer Multiple-DOF Seat Suspension for Vehicle Whole Body Vibration Control / D. Ning, S. Sun, B. Zhang //. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. - 2018. -Vol. 23, № 4. - P. 1787-1799. DOI: 10.1109/tmech.2018.2837155
- Krishnasamy, P. Experimental Investigation on Road Vehicle Active Suspension / P. Krishnasamy, J. Jayaraj, D. John // Strojniski Vestnik - Journal of Mechanical Engineering. -2013. - Vol. 10, № 59. - P. 620-625. DOI:10.5545/sv-jme.2012.925
- Ning, D. An Active Seat Suspension Design for Vibration Control of Heavy-Duty Vehicles / D. Ning, S. Sun, J. Zhang // Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control. - 2016 -Vol. 35, № 4. - P. 264-278. DOI: 10.1177/0263092316676389
- Dygalo, V. Analysis of Constructive Reliability and Maintainability of the Contemporary Electronic Control Units of the Active Safety Systems / V. Dygalo, M. Lyashenko, O. Kosov // 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Lecture Notes in Mechanical Engineering. -2021. - P. 737-744. DOI: 10.1007/978-3-030-54817-9 85
- Liang, C. A Study on Biodynamic Models of Seated Human Subjects Exposed to Vertical Vibration / C. Liang, C. Chiang // International Journal of Industrial Ergonomics. - 2006. - Vol. 36, № 10. -P. 869-890. DOI: 10.1016/j.ergon.2006.06.008
- Matsumoto, Y. Mathematical Models for the Apparent Masses of Standing Subjects Exposed to Vertical Whole-Body Vibration / Y. Matsumoto, M.J. Griffin // Journal of Sound and Vibration. -2003. - Vol. 260, № 3. - P. 431-451. DOI: 10.1016/s0022-460x(02)00941-0
- Пановко, Г.Я. Определение параметров моделей тела человека-оператора при вибрационном и ударном воздействиях / Г.Я. Пановко, Б.А. Потемкин, К.В. Фролов // Машиноведение. 1972. - № 3. - С. 31-37.
- Светлицкий, В.А. Статистическая механика и теория надежности / В.А. Светлицкий. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 504 с.
- ГОСТ 20062-96. Сиденье тракторное. Общие технические условия. - М. : Изд-во стандартов, 1997. - 12 с.
- ГОСТ 27259-2006 (ИСО 7096:2000). Вибрация. Лабораторный метод оценки вибрации, передаваемой через сиденье оператора машины. -М. : Стандартинформ, 2008. - 19 с.
- Нашиф, А. Демпфирование колебаний / А. Нашиф, Д. Джоунс, Дж. Хендерсон; пер. с англ. - М. : Мир, 1988. - 448 с.
