№1-2025-08
DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2025-11-01-75-84
УДК 621.877.3
Корытов М.С., Щербаков В.С., Галдин Н.С., Кашапова И.Е.
Моделирование вертикальных колебаний сиденья оператора с заданной силовой характеристикой
Операторы строительных и дорожных машин подвергаются значительным вибрационным и ударным нагрузкам. Вибрации приводят к профессиональным заболеваниям и снижению работоспособности операторов. В качестве основных направлений виброзащиты используются виброзащитные опоры кабин и виброзащитные подвески сидений. Активные виброзащитные системы имеют преимущества в широте частотного диапазона и возможностях настройки. В то же время пассивные виброзащитные системы надежнее и долговечнее. В перспективных виброзащитных системах используется эффект квазинулевой жесткости. Описана разработанная в российской среде моделирования SimInTech математическая модель пассивной виброзащитной системы сиденья с эффектом квазинулевой жесткости. Учитываются внешние воздействия в виде заданных перемещений основания сиденья, и параметры системы. Входными параметрами являются масса, время, коэффициенты жесткости и демпфирования, амплитуда и частота колебаний основания сиденья. Выходными параметрами являются координата, скорость и ускорение сиденья в абсолютной системе координат и производная от них перегрузка сиденья. Также в результате моделирования определяются временные зависимости локальной координаты, или деформации виброзащитного механизма. Использованы блоки библиотеки «Механика» SimInTech. Реализованы заданные функциональные зависимости возвращающей силы и демпфирования. Модель воспроизводит вертикальные колебания сиденья. Приведены пример использования и результаты. Возвращающая сила определяется трехсегментной статической силовой характеристикой. Перегрузка определяется по текущим значениям ускорения сиденья, которые, в свою очередь, определяются блоком виртуального датчика. Приведен пример использования модели, когда исследуются вертикальные колебания сиденья с оператором наземной транспортно-технологической машины. Основание сиденья, т.е. пол кабины, совершает заданные гармонические колебания. Приведены графики временных зависимостей вертикальной координаты центра масс сиденья, вертикальной координаты основания сиденья и перемещения сиденья относительно собственного основания, а также временная зависимость перегрузки сиденья. Область применения разработанной модели – исследование динамики вынужденных колебаний виброзащитной системы сиденья наземной транспортно-технологической машины с оператором.
Ключевые слова: виброзащитный механизм, математическая модель, Simintech, квазинулевая жесткость.
Korytov M.S., Sherbakov V.S., Galdin N.S., Kashapova I.E.
Simulation of vertical vibrations of the operator’s seat with a given force characteristic
Operators of construction and road building machines are subjected to significant vibration and shock loads. Vibrations lead to occupational diseases and reduced working capacity of operators. The main areas of vibration protection are vibration-protective cab supports and vibration-protective seat suspensions. Active vibration protection systems have advantages in the breadth of frequency range and possibilities of their customization. At the same time, passive vibration protection systems are more reliable and durable. The effect of quasi-zero stiffness is utilized in promising vibration protection systems. The developed simulation mathematical model of passive vibration protection system of a seat in SimInTech environment is described. The model takes into account external influences in the form of specified displacements of the seat base, and system parameters. Input parameters are mass, time, stiffness and damping coefficients, amplitude and frequency of vibrations of the seat base. Output parameters are the coordinate, velocity and acceleration of the seat in the absolute coordinate system, and the derivative of them is the overload of the seat. Also as a result of modeling the time dependencies of the local coordinate, or deformation of the vibration protection mechanism are determined. In the SimInTech environment the blocks of the “Mechanics” library are used. The specified functional dependencies of the return force and damping are realized. The model reproduces vertical vibrations of the seat with the operator. An example of use and results are given. The return force is determined by a three-segment static force characteristic. The overload is determined from the current acceleration values of the seat, which in turn are determined by the virtual sensor unit. An example of using the model is given, when vertical vibrations of a seat with an operator of a ground transportation and technological machine are investi-gated. The base of the seat, i.e. the floor of the operator’s cabin, performs specified harmonic oscillations. Graphs of time dependences of the vertical coordinate of the seat center of mass, the vertical coordinate of the seat base and the displacement of the seat relative to its own base, as well as the time dependence of the seat overload are given. The field of application of the developed model is to study the dynamics of forced vertical vibrations of the vibration protection system of the seat of a ground transportation-technological machine with a human operator.
Key words: vibration protection mechanism, simulation model, Simintech, quasi-zero stiffness.