Determination of the transfer function of the pneumatic suspension of the seat on the hydraulic pulsator stand

Abstract

The article presents the results of tests of the pneumatic suspension of the seat of the Sibeco company with a scissor guide mechanism on a single-point stand with a hydraulic drive manufactured by the Indian company BiSS. Pneumatic seat suspension is one of the most important components of the vibration protection system of the human operator of the vehicle. For researchers, engineers and designers involved in improving the level of comfort of new automotive equipment, it is very important to determine the dynamic characteristics of the systems of suspension of existing models of seats in order to further carry out constructive measures to improve their vibration protection properties. The most important dynamic characteristic that assesses the vibration-proof properties of the seat suspension is the transfer function. The purpose of the test is to determine the transfer function. The set includes metal elements connect the actuator of hydraulic pulsator stand and cargo, simulates the sprung mass, suspension seat, and a force sensor integrated into the stand design, and sensors accelerations fixed end to the upper frame and the base suspension. The studies were carried out on the modes of harmonic excitation of the considered system of suspension with a certain frequency. Time realizations of signals from acceleration sensors were recorded with an accuracy of 0,001 g, which were then processed to obtain RMS values and calculate the value of the transfer function. During the processing and analysis of the data obtained, the dependences of the transfer function of the seat air suspension on the frequency of the kinematic effects of the stand were built and the resonance frequency ranges were revealed. In conclusion, the nature of changes in the experimental transfer function of the seat suspension system with an increase in the frequency of disturbances is also determined.

Full Text

Введение Выполнение сельскохозяйственных технологических и транспортных операций сопровождается генерацией вредных воздействий динамических нагрузок, вибраций и шума, что отрицательно сказывается на производительности, качестве работы и, главное, на здоровье человека-оператора, осуществляющего управление наземной тягово-транспортной техникой. Сиденье - последнее звено в сложной динамической цепи передачи механических колебаний от различных источников (двигателя, трансмиссии, неровностей дороги и т.д.) к телу человека. Для исследователей, инженеров, конструкторов, занимающихся вопросами повышения уровня комфортабельности автотракторной техники, очень важно определить динамические характеристики подвесок существующих моделей сидений с целью дальнейшего проведения конструктивных мероприятий по улучшению их виброзащитных свойств [1, 2]. Важнейшей динамической характеристикой, оценивающей виброзащитные свойства подвески сиденья, является передаточная функция [3, 4]: где - среднеквадратическое значение амплитуды ускорения на верхней раме (подушке сиденья) за время t при частоте возмущения f; - среднеквадратическое значение амплитуды ускорения возмущения на платформе стенда, закрепленной с основанием сиденья, за время t при частоте возмущения f. Цель исследований Целью данной работы является определение передаточной функции пневматической подвески сиденья по результатам стендовых испытаний. Объект исследования - сиденье Р405С/КА80НТ фирмы Sibeco с пневматической подвеской, которое широко применяется в автомобиле- и тракторостроении (рис. 1) [5]. Основание 1 является несущим элементом для всей конструкции и сопрягается со средней рамой 2 системой рычагов по типу «ножницы» 3, что позволяет раме 2 перемещаться строго по вертикали параллельно основанию 1, задействовав поступательно движущиеся ползуны 10. При достижении крайнего положения вниз средняя рама 2 упирается в ограничители хода 7. Одни из параллельных рычагов «ножниц» 3 жестко соединены между собой кронштейном 8. Между кронштейном 8 и основанием 1 под углом установлена пневматическая рессора 4 фирмы Continental Contitech SZ51-7 (рис. 2, поз. 1), представленная в качестве упругого элемента. В ее внутреннюю полость подается под давлением воздух, за счет чего подвеска приобретает упругую характеристику. На одном из рычагов «ножниц» 3 закреплен блок управляющих клапанов, который в зависимости от высоты подъема средней рамы 2 относительно основания 1 регулирует давление воздуха в пневматической рессоре 4. Таким образом, обеспечивается постоянное статическое положение оператора. На верхней раме 5 сбоку расположена специальная кнопка сброса воздуха, предназначенная для удобства посадки и выхода с рабочего места. Также между основанием 1 и одним из рычагов «ножниц» присутствует гидравлический телескопический амортизатор 9 фирмы MAYSAN TS 3034 (рис. 2, поз. 2), служащий для гашения колебаний. Верхняя рама 5 сопряжена со средней рамой 2 посредством системы рычагов 11, реализующей регулировку положения подушки сиденья по высоте и по крену (вперед, назад). Передняя и задняя часть верхней рамы 5 имеют возможность независимо друг от друга перемещаться по вертикали и блокироваться при помощи сопряжения пальцев ползунов 6 с зубчатой рейкой. Рис. 2. Упругодемпфирующие элементы подвески сиденья: 1 - пневматическая рессора Contitech SZ51-7; 2 - амортизатор MAYSAN TS 3034 Материалы и методы Экспериментальное определение передаточной функции пневматической подвески сиденья Р405С/КА80НТ фирмы Sibeco проводилось на одноопорном стенде с гидравлическим приводом движения производства индийской компании BiSS [6]. Была собрана установка (рис. 3), включающая непосредственно саму подвеску сиденья 3 с ножничным направляющим механизмом, нижнюю плиту 4, соединяющую основание сиденья со штоком 5 гидроцилиндра исполнительного устройства стенда, и закрепленную на верхней раме подвески плиту 2 с центральной осью. На верхней плите устанавливались металлические блины 1, имитирующие весовую нагрузку. Мгновенные значения ускорений c точностью до 0,001 g фиксировали 2 штатных датчика, входящие в комплектацию стенда (рис. 4). Их закрепление с торца на основании и верхней раме подвески сиденья при помощи резьбового соединения было продиктовано удобством расположения проводов связи датчиков с системным блоком управления стенда. Закон движения штока гидропульсатора стенда - синусоидальный гармонический. Весовая нагрузка (включая грузы и верхнюю плиту с осью) - 75 кг. Испытания осуществлялись с различными амплитудами возбуждения (5 и 10 мм) и давлением воздуха в пневматической рессоре 2 ат в диапазоне частот возбуждения от 0,6 до 10 Гц с шагом 0,2 Гц. При разработке данной методики использовались положения существующих стандартов [3, 4]. Рис. 3. Общий вид экспериментальной установки: 1 - металлические грузы; 2 - верхняя плита с центральной осью; 3 - подвеска сиденья; 4 - нижняя плита; 5 - шток гидропульсатора стенда Рис. 4. Расположение датчиков ускорений на экспериментальной установке На каждом режиме записывались временные реализации сигналов от датчиков ускорений (рис. 5), которые затем обрабатывались для получения среднеквадратических значений. После соответствующей обработки данных были построены экспериментальные зависимости передаточной функции подвески сиденья от частоты кинематических возмущений. Произведено их сравнение с теоретическими кривыми, полученными в результате математического моделирования (рис. 6, 7). Выводы Из полученных зависимостей (рис. 6 и 7) следует: - частота собственных колебаний подвески сиденья с грузом находилась в диапазоне 1,2-1,4 Гц; - величина экспериментальной передаточной функции на резонансе при амплитуде возбуждения стенда 5 мм равнялась 1,156, а при 10 мм - 1,129; - значения экспериментальной передаточной функции интенсивно уменьшались при увеличении частоты возбуждения от 4,6 Гц на режиме с амплитудой 5 мм и от 3,8 Гц на режиме с амплитудой 10 мм. Рис. 1. Система подрессоривания сиденья Sibeco: 1 - основание; 2 - средняя рама; 3 - система рычагов по типу «ножницы»; 4 - пневматическая рессора; 5 - верхняя рама; 6 - ползуны механизма регулировки положения подушки сиденья; 7 - ограничитель хода; 8 - кронштейн; 9 - амортизатор; 10 - ползун направляющего механизма; 11 - система рычагов механизма регулировки положения подушки сиденья Рис. 5. Сигналы датчиков ускорений верхней рамы и основания (амплитуда возбуждения 10 мм с частотой 1,2 Гц) Рис. 6. Передаточная функция подвески сиденья Sibeco (амплитуда возбуждения - 5 мм): 1 - теоретическая; 2 - экспериментальная Рис. 7. Передаточная функция подвески сиденья Sibeco (амплитуда возбуждения - 10 мм): 1 - теоретическая; 2 - экспериментальная
×

About the authors

M. V Lyashenko

Volgograd state technical University

Email: ts@vstu.ru. asamat-iskaliev@mail.ru
DSc in Engineering

A. V Pozdeev

Volgograd state technical University

Email: ts@vstu.ru. asamat-iskaliev@mail.ru
PhD in Engineering

D. A Chumakov

Volgograd state technical University

Email: ts@vstu.ru. asamat-iskaliev@mail.ru

A. I Iskaliev

Volgograd state technical University

Email: ts@vstu.ru. asamat-iskaliev@mail.ru

References

  1. Ляшенко М.В., Шеховцов В.В., Искалиев А.И. Математическая модель пневматической релаксационной подвески сиденья с рекуперацией энергии колебаний // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 4. C. 30-37.
  2. Ляшенко М.В., Потапов П.В., Искалиев А.И. Analysis of vibroprotection characteristics of pneumatic relaxation seat suspension with capability of vibration energy recuperation [Электронный ресурс] // MATEC Web of Conferences. Vol. 129: International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2017) (Sevastopol, Russia, September 11-15, 2017) / eds.: S. Bratan [et al.] ; Sevastopol State University, National University of Science and Technology «MISIS», Polzunov Altai State Technical University, Inlink Ltd. and International Union of Machine Builders. [Publisher: EDP Sciences], 2017. 5 p. URL: https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/43/matecconf_icmtmte2017_06018.pdf.
  3. ГОСТ ИСО 10326-1-2002. Вибрация. Оценка вибрации сидений транспортных средств по результатам лабораторных испытаний. Часть 1. Общие требования. введ. 01.11.07. М.: Стандартинформ, 2006. 10 с.
  4. ГОСТ 31316-2006. Вибрация. Лабораторный метод оценки вибрации, передаваемой через сиденье оператора машины. Тракторы сельскохозяйственные колесные. введ. 01.07.08. М.: Стандартинформ, 2008. 16 с.
  5. Sibeсo. Сиденья оператора для строительной и сельхозтехники [Электронный ресурс]. 2018. URL: http://sibeco.net/catalog/seats-for-operators/.
  6. Устройство и функционирование стенда-гидропульсара: метод. указ. / сост.: А.В. Поздеев, В.В. Новиков, А.В. Похлебин; ВолгГТУ. Волгоград, 2016. 16 с.

Statistics

Views

Abstract: 59

PDF (Russian): 15

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Lyashenko M.V., Pozdeev A.V., Chumakov D.A., Iskaliev A.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies