DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2024-10-02-101-110

УДК 621.877.3

Корытов М.С., Щербаков В.С., Кашапова И.Е.
Амплитудно-частотные характеристики виброзащитной системы сиденья с трехсегментной статической силовой характеристикой и участком квазинулевой жесткости
Защита от вибрации для операторов тяжелой техники важна. Воздействие вибрации вредит здоровью. Для защиты используют виброзащитные сиденья. Перспективны надежные пассивные системы с квазинулевой жесткостью. Для разработанной конструкции сиденья на основе параллелограммного механизма, пружины, троса и роликов, проведено исследование виброзащитных свойств. Разработана расчетная схема, выделены ключевые параметры, проведено их исследование на показатели виброзащиты. Статическая силовая характеристика аппроксимировалась тремя линейными сегментами с горизонтальным средним. Использовалась известная динамическая модель, описывающая вынужденные колебания массы. Перемещение основания задавалось гармонической функцией. Сравнивались виброзащитные системы с трехсегментной и с односегментной статической силовой характеристикой. Сравнение проводилось по коэффициентам передачи, по ускорениям и по перемещению подвески. Приведены в виде графиков результаты вычислительного эксперимента: амплитудно-частотные характеристики в виде коэффициентов передачи по ускорениям и перемещениям, при различных амплитудах колебаний основания, коэффициентах демпфирования и жесткости. Приведены зависимости средних значений коэффициентов передачи в исследуемом диапазоне частот. Эффективно виброгашение, когда максимальный ход подвески не выходит за пределы среднего участка статической характеристики. Наиболее эффективное виброгашение, по среднему значению коэффициента передачи по ускорениям, достигается при минимальных, а для односегментной характеристики – нулевых значениях коэффициента жесткости. Наличие крайних сегментов в характеристике существенно повышает средние значения коэффициентов передачи по ускорениям и перемещению подвески. Виброзащитные системы сидений в реальных условиях должны иметь ограничение перемещения подвески из эргономических соображений. Значения коэффициентов жесткости крайних участков статической силовой характеристики, по критерию минимизации среднего значения коэффициента передачи по ускорениям, должны минимизироваться. Для обоснования оптимальных значений коэффициентов жесткости крайних участков характеристики и коэффициентов вязкого трения целесообразно проведение дополнительных исследований при ступенчатых и стохастических воздействиях.
Ключевые слова: вибрация, виброзащита, строительная машина, оператор, сиденье.

Korytov M.S., Sherbakov V.S., Kashapova I.E.
Amplitude-frequency characteristics of the seat vibration protection system with a three-segment static force characteristic with a section of quasi-zero stiffness
Vibration protection for heavy equipment operators is important. Exposure to vibration is harmful to health. Vibration protection seats are used for protection. Reliable passive systems with quasi-zero stiffness are promising. For the developed design of the seat on the basis of parallelogram mechanism, spring, cable and rollers, the study of vibration-protective properties is carried out. The design scheme has been developed, key parameters have been selected, and their study on vibration protection parameters has been carried out. The static force response was approximated by three linear segments with a horizontal mean. The known dynamic model describing forced oscillations of the mass was used. The displacement of the base was given by a harmonic function. Vibration protection systems with three-segment and with one-segment static force response were compared. The comparison was carried out in terms of transmission coefficients, accelerations and suspension displacement. The results of the computational experiment are presented in the form of graphs: amplitude-frequency characteristics in the form of transmission coefficients in acceleration and displacement, at different amplitudes of base vibrations, damp-ing and stiffness coefficients. Dependences of average values of transmission coefficients in the investigated frequency range are given. Vibration damping is effective when the maximum suspension travel does not exceed the middle section of the static characteristic. The most effective vibration damping, according to the average value of the acceleration transfer coefficient, is achieved at minimum, and for a single-segment characteristic — zero values of the stiffness coefficient. The presence of extreme segments in the characteristic significantly increases the average values of the accelera-tion and displacement transfer coefficients of the suspension. Seat vibration protection systems in real conditions should have a limitation of suspension displacement for ergonomic reasons. The values of the stiffness coefficients of the extreme parts of the static force response, according to the criterion of minimizing the average value of the acceleration transfer coefficient, should be minimized. To substantiate the optimal values of the stiffness coefficients of the extreme sections of the characteristic and viscous friction coefficients, it is advisable to conduct additional studies under step and stochastic impacts.
Key words: vibration, vibration protection, construction machine, operator, seat.

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.