Study of thermal radiation of the elastic-damping elements of the air suspension of the seat on the hydropulsator test bench

Abstract

Air suspension of seat is one of the most important components of the system of vibration protection of the human operator of the vehicle. All vibrational energy transmitted through the suspension of the seat from the cab floor to the driver is stored, absorbed and later dissipated by means of elastic damping elements, turning into heat. An assessment of the intensity of thermal radiation from the air spring and the shock absorber during operation may further improve the design of existing seat suspension systems. As an example, we can mention the possibility of vibrational energy recovery, which in regular passive suspensions turns into heat when extinguished. The article presents the results of tests of the air suspension of the seat of the company Sibeco on a single-support test bench with a hydraulic drive manufactured by the Indian company BiSS. The purpose of the test is to study the thermograms of the surfaces of the elasticdamping elements during operation. An experimental setup, which includes the metal elements of the connection of the actuator of the hydropulsator test bench with a shock absorber and the suspension of the seat as a whole, as well as a force sensor built into the design of the stand, is described. The working diagrams of the shock absorber and air suspension of the seat at each fixed point in time of one minute are obtained. To measure the values of temperature and read surface thermograms the Testo thermal imager was used. The study was conducted on the harmonic mode of exposure. During processing and analyzing the obtained data, the nature of the heating of the outer surface of the shock absorber and the air spring, as well as the fact of reaching stabilization temperatures, were revealed. In conclusion, the reasons for the discrepancy between the intensity of thermal radiation of the air spring and the shock absorber of the seat suspension are given.

Full Text

Введение (актуальность) Система подрессоривания сиденья является важнейшей составляющей системы виброзащиты человека - оператора транспортного средства от негативного влияния колебаний, вибраций и шума и представляет собой компактный узел, включающий, кроме прочего, упругий элемент и гаситель колебаний, которые, в свою очередь, играют определяющую роль в обеспечении виброзащиты. Вся энергия колебаний, передаваемая через подвеску сиденья, поглощается и рассеивается, переходя в тепло. Важно оценить в процессе работы упругодемпфирующих элементов интенсивность их теплового излучения, так как это может позволить в дальнейшем совершенствовать конструкции существующих систем подрессоривания. К примеру, можно обеспечить возможность рекуперации части энергии колебаний, которая в штатных пассивных подвесках при гашении переходит в тепло [1, 2]. Цель исследований В данной работе была поставлена цель, заключавшаяся в исследовании термограмм поверхностей упругодемпфирующих элементов пневматической подвески сиденья в процессе работы. Материалы и методы. Результаты и обсуждение Для исследований использовался одноопорный стенд с гидравлическим приводом индийской компании BiSS [3], тепловизор фирмы Testo [4] и секундомер. Для калибровки тепловизора использовался ртутный термометр, замерялась комнатная температура, которая на момент начала работ была равна 21 °С. Первым испытывался гидравлический однотрубный амортизатор MAYSAN TS3034 H6293101F 1 AMR 009-01 28 12 417945 (рис. 1, поз. 2), входящий в штатную конструкцию пневматической подвески сиденья фирмы Sibeco [5]. Амортизатор 2 устанавливался и закреплялся на стенд в вертикальном положении (рис. 1). Шток амортизатора изначально находился в положении, близком к среднему положению относительно полного хода поршня (см. табл). Закон возбуждения стенда - гармонический синусоидальный с частотой 1 Гц. Согласно ГОСТ Р 53816-2010 [6], величина хода поршня при записи рабочей диаграммы амортизатора (рис. 2) на стенде должна быть не менее 80 % его полного хода S (с округлением до целых десятков миллиметров), но не более 100 мм. Тогда амплитуда гармонического возбуждения стенда: Каждую минуту при помощи тепловизора фиксировалась термограмма поверхности цилиндра (рис. 3, а-в). В итоге было получено графическое представление изменения температуры поверхности амортизатора во времени (рис. 4). Рис. 4. Динамика изменения температуры поверхности амортизатора С увеличением времени испытаний на рабочей диаграмме амортизатора (рис. 2) наблюдалось уменьшение площади замкнутой фигуры, описывающей цикл ходов сжатия и отбоя устройства. В итоге разность площадей фигур рабочих диаграмм в начальный и конечный моменты времени испытаний можно охарактеризовать как долю поглощенной гасителем энергии колебаний, переходящую в тепло. За 6 минут температура тепловыделений амортизатора (рис. 4) на заданном режиме возрастала и достигла отметки 111 °C. В ходе процесса не была достигнута температура стабилизации. Продолжение опыта было чревато разрушениями в уплотнениях гасителя колебаний. Исходя из полученных термограмм (рис. 3, а-в), можно сказать, что фиксируемые максимальные температуры наблюдались, по большей части, в верхней части цилиндра амортизатора. Циклический процесс сжатия и отбоя демпфирующего устройства на стенде с амплитудой 20 мм и частотой 1 Гц сопровождался дросселированием жидкости через отверстия клапанов, что приводило к ее нагреву и дальнейшей передаче тепла через стенки цилиндра. Высокая скорость роста температуры объясняется недостаточной площадью теплоотдачи и низкой теплоемкостью рабочего тела. На следующем этапе была собрана установка (рис. 5), включающая в себя подвеску сиденья 1 ножничного типа с амортизатором, нижнюю плиту, соединяющую основание сиденья со штоком гидропульсатора 4, и верхнюю плиту с центральной осью с резьбой для крепления кронштейна 6 к станине стенда. В режиме ходов сжатия-отбоя подвески по гармоническому закону с амплитудой 20 мм и частотой 1 Гц [7] с помощью датчика силы 5 снималась рабочая диаграмма подвески сиденья (рис. 7), а с помощью тепловизора 2 термограммы наружных поверхностей упругодемпфирующих элементов (рис. 6, 8, а-в). Рис. 7. Рабочая диаграмма подвески сиденья Значения максимальных температур поверхностей пневматической рессоры и амортизатора отслеживались каждую минуту. В целом, измерение длилось 1 час и 3 минуты. Дальнейшее нагружение подвески не привело к росту температур, так как был достигнут некий установившийся предел. Как видно из рисунков 8, а-в, температурное поле неравномерно распределялось по поверхности резинокордной оболочки рессоры 1: в верхней части, в месте взаимодействия с пластиковым поршнем, виден температурный пояс, связанный, в том числе, с изгибными деформациями упругого элемента и, как следствие, трением между слоями и тканями корда. На амортизаторе 2 (рис. 8, а-в) максимальная температура наблюдалась около места крепления к нижней раме (основанию) подвески сиденья. Это связано с кинематикой и расположением гасителя в структуре направляющего механизма сиденья, а также постоянно меняющимся в динамике приведенным демпфированием. Рабочая жидкость амортизатора 2 сжимает и разжимает через плавающий поршень газовую подушку, которая, в свою очередь, интенсивно нагревается и выделяет через стенку цилиндра тепло. На рабочей диаграмме подвески сиденья (рис. 7) площадь замкнутой фигуры, описывающей полный цикл колебаний, уменьшилась за 10 мин и в дальнейшем практически не изменялась, что связано, скорее всего, с достижением температур стабилизации упругодемпфирующих элементов. Результатом обработки полученных по термограммам данных стала осциллограмма нагрева поверхностей упругодемпфирующих элементов подвески сиденья (рис. 9) за весь период испытаний. Выводы Анализ полученных графических данных показал, что на данном режиме кинематического нагружения интенсивней всего нагревался амортизатор. Причем за полное время испытаний температура амортизатора возросла до 45 °C, а рессоры - до 29 °C. Рессора достигла соответствующей температуры стабилизации за 10 мин, а амортизатор - за 55 мин. Объясняется это, прежде всего, различной спецификой работы, назначением, материалом, внутренним наполнением, передаточным числом упругодемпфирующих элементов. Таблица Параметры амортизатора Длина амортизатора в растянутом состоянии, lраст, м Длина амортизатора в сдвинутом состоянии, lсд, м Полный ход поршня амортизатора, м 0,22 0,17 S = lраст - lсд ≈ 0,05 Рис. 1. Установка для испытаний амортизатора: 1 - верхнее крепление; 2 - амортизатор; 3 - нижнее крепление; 4 - гидропульсатор; 5 - датчик силы Рис. 2. Рабочая диаграмма амортизатора Рис. 3, а. Термограмма амортизатора в действии на 2-й минуте испытаний Рис. 3, б. Термограмма амортизатора в действии на 3-й минуте испытаний Рис. 3, в. Термограмма амортизатора в действии на 4-й минуте испытаний Рис. 5. Общий вид установки: 1 - подвеска сиденья; 2 - тепловизор; 3 - нижнее крепление; 4 - гидропульсатор; 5 - датчик силы; 6 - верхнее крепление Рис. 6. Упругодемпфирующие элементы подвески сиденья: 1 - пневматическая рессора; 2 - амортизатор Рис. 8, а. Термограмма подвески сиденья в действии на 15-й минуте испытаний: 1 - пневматическая рессора; 2 - амортизатор Рис. 8, б. Термограмма подвески сиденья в действии на 30-й минуте испытаний: 1 - пневматическая рессора; 2 - амортизатор Рис. 8, в. Термограмма подвески сиденья в действии на 45-й минуте испытаний: 1 - пневматическая рессора; 2 - амортизатор Рис. 9. Осциллограмма нагрева поверхностей упругодемпфирующих элементов подвески сиденья
×

About the authors

M. V Lyashenko

Volgograd State Technical University

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

A. V Pozdeev

Volgograd State Technical University

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

I. A Golyatkin

Volgograd State Technical University

Email: ts@vstu.ru. asamat-iskaliev@mail.ru
Volgograd, Russia

A. I Iskaliev

Volgograd State Technical University

Email: ts@vstu.ru. asamat-iskaliev@mail.ru
Volgograd, Russia

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. Устройство и функционирование стенда-гидропульсара: метод. указ. / сост.: А.В. Поздеев, В.В. Новиков, А.В. Похлебин; ВолгГТУ. Волгоград, 2016. 16 с.
  4. Тепловизоры Testo [Электронный ресурс]. 2018. URL: https://www.testo.ru/ru-RU/po-paramietru/tieplovizory/c/parameters_thermal_imager.
  5. Sibeсo. Сиденья оператора для строительной и сельхозтехники [Электронный ресурс]. 2018. Режим доступа: http://sibeco.net/catalog/seats-for-operators/.
  6. ГОСТ Р 53816-2010. Автомобильные транспортные средства. Амортизаторы гидравлические телескопические. Технические требования и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2010. 18 с.
  7. ГОСТ ИСО 10326-1-2002. Вибрация. Оценка вибрации сидений транспортных средств по результатам лабораторных испытаний. Часть 1. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2006. 10 с.

Statistics

Views

Abstract: 52

PDF (Russian): 22

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Lyashenko M.V., Pozdeev A.V., Golyatkin I.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