DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2025-11-04-392-400

УДК 621.877.3

Корытов М.С., Кашапова И.Е., Щербаков В.С.
Статический анализ виброзащитного механизма сиденья человека-оператора наземной машины
Наземные транспортно-технологические машины совершенствуются, что приводит к увеличению их мощности, скорости, вибраций и ударов. Вибрации негативно влияют на техническое состояние машины, здоровье и работоспособность оператора. Снижается производительность работ. Актуальной остается проблема виброзащиты операторов. Основные способы виброзащиты включают использование виброзащитных опор кабин и виброзащитных подвесок сиденья оператора в кабине. Перспективным является использование пассивных виброзащитных систем сидений с эффектом квазинулевой жесткости и нелинейной силовой характеристикой. Подстройка сиденья под переменный вес оператора важна для обеспечения эффекта квазинулевой жесткости. Для предложенной конструкции виброзащитной системы сиденья на основе параллелограммного механизма приведена расчетная схема. На основе расчетной схемы выведены аналитические зависимости коэффициента пропорциональности между массой человека-оператора и величиной силы растяжения пружины и натяжения троса, а также силы растяжения пружины и натяжения троса от величины подъема или опускания сиденья. Выводимые аналитические выражения включали в себя геометрические размеры виброзащитного механизма, включая длину пружины растяжения, коэффициент жесткости пружины, массу сиденья с оператором. Приведены графики зависимостей коэффициента пропорциональности массы сиденья с оператором и силы растяжения пружины, от геометрических размеров при различных значениях коэффициента жесткости пружины, и различной габаритной горизонтальной длине механизма. Приведены графики зависимостей силы растяжения пружины механизма от высоты подъема сиденья при различных значениях массы сиденья, изменяемой в широком диапазоне. Графики силы растяжения пружины приведены для двух вариантов размеров механизма, отличающихся двухкратным масштабированием с сохранением пропорций. Установлено, что увеличение геометрических размеров механизма предпочтительно для минимизации диапазона изменения силы растяжения пружины и уменьшения кривизны характеристик. Выведенные аналитические зависимости открывают возможность исследования и оптимизации взаимосвязанных силовых и геометрических параметров виброзащитного механизма сиденья с учетом заданных ограничений.
Ключевые слова: виброзащитная подвеска сиденья, вибрация, квазинулевая жесткость, пружина.

Korytov M.S., Kashapova I.E., Sherbakov V.S.
Static analysis of the vibration protection mechanism of the human operator seat of a ground machine
Ground transport and technological machines are being improved, which leads to an increase in their power, speed, vibrations and impacts. Vibrations have a negative effect on the technical condition of the machine, health and performance of the operator. Work productivity decreases. The problem of vibration protection of operators remains relevant. The main methods of vibration protection include the use of vibration-proof cabin mounts and vibration-proof suspensions of the operator’s seat in the cabin. The use of passive vibration-proof seat systems with a quasi-zero rigidity effect and a nonlinear force characteristic is promising. Adjusting the seat to the variable weight of the operator is important to ensure the effect of quasi-zero rigidity. For the proposed design of the vibration-proof seat system based on the parallelogram mechanism, a calculation scheme is given. Based on the calculation scheme, analytical dependencies are derived for the proportionality coefficient between the mass of the human operator and the magnitude of the spring tensile force and cable tension, as well as the spring tensile force and cable ten-sion on the amount of seat lifting or lowering. The derived analytical expressions included the geometric dimensions of the vibration protection mechanism, including the length of the extension spring, the spring stiffness coefficient, and the mass of the seat with the operator. The graphs of the proportionality coefficient of the mass of the seat with the operator and the spring extension force on the geometric size are given for different values of the spring stiffness coefficient and different overall horizontal lengths of the mechanism. The graphs of the dependences of the mechanism spring extension force on the seat lift height are given for different values of the mass of the seat with the operator, changing in a wide range. The graphs of the spring extension force dependencies are given for two variants of the mechanism dimensions, differing in a double scaling with the preservation of proportions. It was found that an increase in the geometric dimensions of the mechanism is preferable for minimizing the range of variation of the spring extension force and reducing the curvature of the characteristics. The derived analytical dependencies open up the possibility of studying and optimizing the interrelated power and geometric parameters of the vibration protection mechanism of the seat, taking into account the specified restrictions.
Key words: vibration-protective seat suspension, vibration, quasi-zero stiffness, spring.

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

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