РАЗРАБОТКА СИДЕНЬЯ ОПЕРАТОРА ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ С ПОВЫШЕННОЙ ВИБРОЗАЩИТОЙ
Обозов А.А. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
The shortages of passive tools of a protection from vibration are considered. The mode of improving of a protection from vibration of a man - operator is offered in the field of low frequencies.
Основным средством защиты оператора современной лесозаготовительной машины от транспортной вибрации является подрессоренное сиденье, конструкция которого включает в себя направляющий механизм (или механизм преобразования движения), упругий элемент, гидравлический гаситель колебаний и подушку самого сиденья. Каждый элемент конструкции имеет свое функциональное назначение. Так направляющий механизм преобразует движение, упругий элемент и гаситель уменьшают амплитуду входного возмущения. Подвеска сиденья отвечает за область низких частот (до 10 - 12 Гц), а подушка и спинка за защиту в области средних и высоких частот.
Такие системы виброзащиты относят к пассивным средствам виброизоляции. Они хорошо изучены и имеют как свои достоинства, так и недостатки. К достоинствам можно отнести простоту конструкции, надежность, долговечность. Основным недостатком является невозможность обеспечить допустимый уровень вибрационной нагрузки во всем диапазоне частот. Особенно неэффективны пассивные системы виброизоляции в области низких частот. Связано это с возникновением низкочастотного резонанса, возникновение которого затрудняет или делает невозможным управление машиной в определенных режимах работы, что в конечном итоге приводит к снижению производительности.
На некоторых сельскохозяйственных тракторах, чтобы решить данную проблему, в конструкцию сиденья внедрен рычаг блокировки подвески сиденья. Такой подход некоторым образом решает проблему управления, но негативно сказывается на здоровье человека-оператора, так как сиденье перестает выполнять свои защитные функции.
Как известно, причиной низкочастотного резонанса является совпадение частот входного возмущения и собственной частоты колебаний сиденья. Очевидно, чтобы улучшить виброфон на подушке сиденья оператора, необходимо не допускать работы виброзащитной системы в резонансном режиме. Для этого следует улучшить качество дорог, что в условиях лесозаготовок не имеет смысла, либо спроектировать виброзащитную системы таким образом, чтобы перевести ее работу в зарезонансный режим. Сделать это можно, только уменьшив, жесткость упругого элемента и, следовательно, собственную частоту колебаний сиденья. Уменьшение жесткости упругого элемента ведет к снижению несущей способности и в результате к увеличению габаритов подвески. Чтобы уменьшить габариты, упругие элементы в подвесках сидений устанавливают с предварительным натягом или используют направляющие механизмы. Не смотря на данные решения, собственная частота современных сидений лежит в диапазоне 2..3 Гц.
Улучшить виброзащиту человека-оператора в области низких частот можно с помощью виброзащитных систем с перескоком. Такие системы позволяют значительно уменьшить собственную частоту колебаний объекта виброзащиты и перевести работу подвески в зарезонансную зону, что исключает возникновение низкочастотного резонанса.
Явление перескока известно очень давно и с физической точки зрения связано с потерей устойчивости и резком переходе деформируемой системы в новое положение равновесия. Примерами таких систем могут служить хлопающие мембраны, электрические выключатели и т.д.
Конструктивно перескок обеспечивается введением в подвеску сиденья дополнительного упругого элемента, который имеет силовую характеристику показанную на рисунке 1 прерывистой линией. В отличие от силовой характеристики основного упругого элемента, которая представляет прямую, упругая характеристика перескока - кривая линия с двумя экстремумами.
Рисунок 1 - Силовая характеристика перескока и основного упругого элемента
На данной характеристике имеется область, которую при нагружении упругая система проходит практически мгновенно. Это так называемая область неустойчивости, которая расположена между двумя экстремумами. Именно эта область представляет наибольший интерес с точки зрения виброзащиты.
Реализовать или другими словами зафиксировать данный участок характеристики на практике можно только с помощью какого-либо механизма, таким механизмом будет являться типовое подвешивание с линейной силовой характеристикой. Подобрав определенным образом параметры основного упругого элемента и дополнительного упругого элемента перескока мы получим суммарную характеристику виброзащитной системы, показанную на рисунке 2.
Рисунок 2 - Суммарная силовая характеристика виброзащитной системы с перескоком
На характеристике имеется горизонтальный участок, на котором перемещение вызывает незначительный рост силы. Это участок с пониженной жесткостью. Снижение жесткости на данном участке ведет к значительному уменьшению собственной частоты колебаний виброзащитной системы. При этом несущая способность системы обеспечивается основным упругим элементом и ни чем не отличается от типового подвешивания. Благодаря этому, виброзащитная система с перескоком в подвесках сидений будет работать в зарезонансной области, что исключает возникновение низкочастотного резонанса. Принципиально устраняется основной недостаток пассивных систем виброзащиты.
Литература
1. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара.- Л.:Политехника, 1990. – 272 с.
2. Виброзащитные системы с квазинулевой жесткостью/П.М. Алабужев, А.А. Гритчин, Л.И. Ким и др.; Под ред. К.М. Рагульскиса.- Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986.-96 с.