9.5. Пассивная и активная виброизоляция сиденья самоходной машины

Пассивная виброизоляция (виброзащита) – это виброизоляция, не использующая энергию дополнительного источника.

Рассмотрим для примера виброизоляцию сиденья водителя. Сиденья в самоходных строительно-дорожных машинах, грузовых автомобилях и тракторах должны обеспечивать санитарно-гигиенические условия для дополнительной работы водителей.

Сиденье должно смягчить толчки и удары и часть вибрации, превышающую гигиенические характеристики и нормы вибрации по ГОСТ 12.1.012 – 82.

Типовая схема подрессоривания сиденья водителя (рис. 9.4) состоит из следующих элементов: направляющего механизма 1, состоящего из параллелограммных рычагов и обеспечивающего стабильность вертикального положения корпуса водителя при колебании машины. Направляющий механизм, соединяющий посадочное место водителя с рамой ходовой части машины, выполняет роль кинематической и силовой связи; пружины 3, снижающей амплитуду колебаний сиденья от колебания машины при передвижении по неровностям дороги; регулировочного винта 4 для изменения жесткости пружины в зависимости от массы тела водителя; гидроамортизатора 2, поглощающего колебания сиденья при передвижении машины по неровностям дороги.

Рис. 9.4. Схема подрессоренного сиденья

Схема гидроамортизатора показана на рис. 9.5. При переезде препятствий на неровностях пути возникают резкие колебания рамы ходовой части, в результате чего сопротивление гидроамортизатора возрастает. Это сопротивление вызвано тем, что жидкость в нем не успевает проходить через отверстия 1 в поршне 2. В результате возникающего гидравлического торможения колебания сиденья гасятся.

Требования к виброизоляции сиденья водителя изложены в следующих стандартах: ГОСТ 12.2.011 – 75 «Машины строительные и дорожные»; ГОСТ 12.2.23 – 76 «Кабина. Рабочее место водителя»; ГОСТ 20062 – 74 «Сиденье тракторное»; ГОСТ 21398 – 75 «Автомобили грузовые».

В соответствии с ГОСТ 25571 – 82. «Вибрация. Основные положения методов расчета виброизоляции рабочего места операторов самоходных машин» излагается порядок поверочного расчета линейной системы виброизоляции при гармоническом возбуждении.

Исходные данные:

1. Расчетную схему системы виброизоляции принимают по рис. 9.1, а.

2. Характеристикой кинематического возбуждения является, например, виброскорость основания сиденья (пола кабины), изменяющаяся по гармоническому закону (dy/dt)_а, и частота f, Гц, что соответствует гр.3 табл. 9.5. Характеристикой возбуждения может быть также виброускорение сиденья.

Рис. 9.5. Схема гидроамортизатора

3. Масса подрессорной части сиденья (m_c) является суммой масс элементов конструкции, перемещающихся в процессе работы относительно основания сиденья.

4. Масса водителя (m_ч), приходящаяся на сиденье, принимается (70 ± 10) кг; часть массы сидящего водителя, также приходящаяся на сиденье, составляет 5/7 его массы, а ноги водителя – 2/7.

Таблица 9.5

Формулы для определения некоторых характеристик вибрации

Способ определения движения основания сиденья	Закон, описывающий кинематическую характеристику	Исходные данные	Формулы для определения амплитуд
			va	aa	Sa
Вибро-скоростью
Вибро-ускорением

5. Коэффициент жесткости пружины – с, Н/м; коэффициент сопротивления демпфера – b, Н·с/м.

Цель расчета:

1. Определить К_эфф – коэффициент эффективности виброизоляции; S_a – амплитуду гармонического колебания, м; v_а – абсолютную скорость сиденья, м/с; а_а – абсолютное ускорение сиденья для октавы со среднегеометрической частотой n; L_v(n) – логарифмический уровень .

2. Сравнить v_а; а_а; L_v(n) с нормами вибрации по ГОСТ 12.1.012 – 82 и сделать выводы об эффективности виброизоляции.

Порядок расчета:

1. Масса водителя, приходящаяся на сиденье, m_ч = 80·5/7 = 57 кг.

2. Масса подрессорной части сиденья с сидящими на нем водителем m = m_c + m_ч.

3. Собственная угловая частота системы виброизоляции без демпфирования .

4. Относительное демпфирование .

5. Угловая частота гармонического возбуждения ω = 2πf, с^-1.

6. Частотное отношение η = ω/ω_0.

7. Относительный коэффициент передачи при виброизоляции

.

8. Абсолютный коэффициент передачи при виброизоляции

.

9. Коэффициент эффективности виброизоляции К_эфф = 1/μ_и.

10. Составление графика по рис. 9.6 в зависимости μ_s от ω/ω₀ для значений β = 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0.

11. По формулам табл.9.5 и по исходным данным определяют

, м/с;

, м/с²;

, м.

Рис. 9.6. Влияние демпфирования на μ_z

12. По заданной частоте f (Гц) и по табл. 9.5 находят октаву со среднегеометрической частотой n и тогда определяют

, м/с;

, м/с²;

, дБ.

13. Полученные результаты , и сравнивают с нормами вибрации в ГОСТ 12.1.012 – 82. Если сравнение не будет соответствовать нормам, необходимо изменять числовые значения с и b.

14. Учитывая, что в системе пассивной виброизоляции существенное значение имеет частотное отношение η = ω/ω₀ в зависимости от μ_s и β, производят анализ графика на рис. 9.6.

Устройство виброизоляции обладает защитными свойствами (К_эфф > 1), когда ω/ω₀ > 1,41. При частоте возбуждения ω = 1,41 ω₀ колебания передаются без изменения (К_эфф = 1). Если ω/ω₀ < 1,41, система увеличивает колебания (К_эфф < 1). Когда ω – частота возбуждения близка соответственной частоте системы с демпфированием (ω_d), наблюдаются наибольшие колебания (резонанс), при этом К_эфф принимает наименьшее значение. В области виброизоляции ω/ω₀ > 1,41 К_эфф выше для системы с меньшим β. В области, где система увеличивает колебания (ω/ω₀ < 1,41), К_эфф меньше для системы с меньшим β. Величину статического прогиба определяют по формуле S_ст = 0,25/f₀², где f₀ – собственная частота системы виброизоляции без демпфирования, Гц; S_ст – в м.

Эти выводы необходимо иметь в виду, так как они предопределяют эффективность виброизоляции сиденья водителя самоходной машины (автомобиля, трактора, скрепера).

Под активной виброизоляцией понимают такую изоляцию, для которой используется энергия дополнительного источника. Исследования показали, что пассивная виброизоляция не позволяет полностью защищать сиденье от вибрации, а дает возможность снизить ее только до 50 %. Более эффективно снизить вибрацию можно методом противовибрации (противофазного возмущающего воздействия), задаваемой сиденью следящей системой. В этом случае вибрационная защита с обратной связью и подводимой дополнительной энергией называется активной виброизоляцией. Этот метод для самоходных машин находится в стадии поиска, имеет целью снизить уровень колебаний до заданных санитарных норм.

Активная виброизоляция, как правило, основана на замкнутой системе автоматического управления. Подобная схема подрессорирования показана на рис. 9.7.

Рис. 9.7. Схема активной виброизоляции

Сиденье водителя 1 под воздействием колебания его основания перемещается на величину х. Это перемещение с помощью акселерометра 2 преобразуется в ускорение . Поступающий от акселерометра сигнал с помощью золотника 3 фиксирует смещение акселерометра относительно сиденья, а гидронасос 4 и гидроцилиндр 5 воздействуют на сиденье, притягивая или отталкивая его от основания.

100

10

1

0,1

Пик. Значение смещения (мкм)

10 100 1000, Гц V

Рис. 9.8. Международный стандарт ИСО 2372, 2373