Experimental determination of the parameters of the characteristics of the seat suspension for automotive vehicles



Cite item

Abstract

This article describes the methodology and results of the experimental determination of the static-elastic damping characteristics of the Sibeco air suspension with a scissor guide mechanism. To implement the measurement procedure in laboratory conditions, bench equipment, including a compressor unit (power system) with a control pressure gauge, a measuring device (height gauge) for fixing linear displacements and reference weights, was used. The measurements were carried out stepwise at various fixed values of air pressure in the pneumatic elastic element, as well as in the presence or absence of a standard unregulated hydraulic shock absorber in the design of the considered seat suspension system. The whole process of obtaining the necessary parameters was held in accordance with the recommendations of the official domestic regulatory documentation, which establishes regulations on the general technical conditions for the design of seats for automotive vehicles. There were analyzed the obtained curves of the static characteristics of the seat suspension, including for the presence of a character of nonlinearity in different specific sections of the characteristic. Based on these results, the values of the parameters of stiffness, natural frequency and resistance forces (“dry friction” forces) were calculated during the compression and rebound strokes of the seat suspension for certain measurement conditions. Additionally, an assessment for the compliance of these parameters with the normative indicators of domestic technical standards was made. Also, the dependences of the instantaneous values of the stiffness of the considered air suspension of the Sibeco seat on deformation at various air pressures in the pneumatic elastic element were constructed and analyzed. Recommendations on the operation of this device for cushioning the seats of operators of motor and tractor equipment were given.

Full Text

Введение Во время эксплуатации автотракторной техники оператор постоянно подвергается воздействию колебательных нагрузок, действующих в широком спектре частот и диапазоне амплитуд. В их составе имеются имеющие наибольшую амплитуду низкочастотные и среднечастотные колебания, источником которых являются возмущения в ходовой системе при движении по неровностям поверхности и при перемотке звенчатой гусеницы, а также колебания вибрационного диапазона, передающиеся от двигателя, трансмиссии и ходовой системы. Частично вредные воздействия от этих источников ослабляются подвеской кабины [1, 2, 3, 14, 15], но, как показывает опыт, окончательной защитой оператора является подвеска сиденья [4, 5, 6, 7]. Одной из получающих все большее распространение конструкций является подвеска с пневматическим упругим элементом и нерегулируемым гидравлическим амортизатором [4]. Способность подвески осуществлять эффективную защиту оператора [8] определяется параметрами ее упругодемпфирующей характеристики. Цель исследований Выполнить экспериментальные исследования с целью определения параметров подвески предназначенного для автотракторной техники сиденья типа конструкции фирмы «Sibeco». Материалы и методы Определение статической упругой характеристики осуществлялось экспериментально согласно рекомендациям ГОСТ 20062 - 96 «Сиденье тракторное. Общие технические условия» [8]. При выполнении исследований циклы нагружения и разгружения подвески эталонными грузами производились ступенчато. Абсолютные координаты точки, по которым в дальнейшем находились значения перемещения посадочного места (деформации), на каждом шаге нагрузки (разгрузки) фиксировались штангенрейсмасом (рис. 1). Эксперимент последовательно повторялся 5 раз при наличии амортизатора в системе подрессоривания сиденья и при его отсутствии, а также при различных уровнях давления воздуха в пневматическом баллоне (0,15 МПа и 0,2 МПа). Давление воздуха в упругом элементе контролировалось манометром, установленным на выходе компрессорной установки [9, 10, 11, 12, 13, 16]. Рис. 1. Экспериментальная установка для определение характеристик подвески Fig. 1. Experimental test bench for determining the characteristics of the suspension Результаты и обсуждение В результате обработки полученных данных построена осредненная для серии из 5 циклов статическая упругая характеристика подвески (рис. 2). Анализ представленных на рис. 2 зависимостей свидетельствует о том, что: · на протяжении примерно 80 % прямого и обратного ходов подвески характеристику отличает практически линейный характер изменения, а существенной нелинейностью отличаются только участки, соответствующие началу и концу ходов сжатия и отбоя; · полный упругий ход подвески по результатам испытаний составляет 0,111 м, что удовлетворяет нормам ГОСТ 20062-96 [8]; · наличие амортизатора в конструкции приводит к уменьшению уровней упругого сопротивления на каждом ходе подвески. В соответствии с ГОСТ 20062-96 [8], при испытаниях подвески должны быть определены такие параметры, как сила упругого сопротивления (рис. 3), жесткость подвески и частота собственных колебаний оператора на сиденье. Рис. 2. Статическая характеристика подвески сиденья конструкции фирмы «Sibeco» Fig. 2. Static characteristics of the suspension of the Sibeco seat Рис. 3. Упругая характеристика подвески сиденья, согласно ГОСТ 20062 - 96. Fig. 3. The elastic characteristic of the seat suspension, according to GOST 20062 - 96 Ход , значения сил сопротивления и , упругой силы и , соответствующих деформаций и находятся по графику характеристики. Жесткость подвески сиденья определяется по формуле (1): (1) Частота собственных колебаний подвески сиденья равна по формуле (2): (2) где - масса подрессоренной части сиденья, кг ( 15 кг); - масса оператора, кг. Результаты расчета параметров статической упругой характеристики подвески опытного сиденья, полученной экспериментальным путем [5, 6], сведены в таблицу 1. Таблица 1 Параметры статической упругой характеристики подвески сиденья фирмы «Sibeco» Table 1. Parameters of the static elastic characteristics of the suspension of the Sibeco seat Параметр (требование) \\ Опыт при давлении воздуха в пневмобаллоне 0,15 МПа 0,15 МПа (без амортизатора) 0,2 МПа 0,2 МПа (без амортизатора) ( 0,15), м 0,111 0,111 0,111 0,111 ( 100), Н 51,8 40,5 68,3 59,5 ( 100), Н 59,2 43,1 67,0 58,5 , Н 367,8 407,5 596,6 667,0 , Н 472,9 515,0 736,7 810,3 , м 0,03885 0,03885 0,03885 0,03885 , м 0,07215 0,07215 0,07215 0,07215 , Н/м 3157,5 3226,7 4206,7 4303,1 ( =75 кг) ( 1,5-2), Гц 1,23 1,24 1,25 1,26 Данные этой таблицы свидетельствуют о том, что подвеска обеспечивает комфортную для оператора частоту собственных колебаний в диапазоне 1,23-1,26 Гц как при наличии в ее составе амортизатора, так и при его отсутствии, то есть демпфирование не оказывает практического влияние на собственные частоты. Наличие и отсутствие амортизатора главным образом сказывается, причем различно, на значениях сил сопротивления как в начале хода сжатия и в конце хода отбоя, так и в конце хода сжатия и в начале хода отбоя. Эта разница объясняется наличием силы «сухого» трения между поршнем и стенкой цилиндра, а также в шарнирах крепления амортизатора. В таблице 1 представлены определяемые ГОСТом 20062 - 96 [8] усредненные значения параметров, в том числе жесткости. На основе приведенных на рис. 2 зависимостей определены мгновенные значения жесткости подвески в отдельных точках прямого и обратного ходов подвески. Изменение этой жесткости при двух значениях давления в пневмобаллоне показано на рис. 4. Рис. 4. Изменение мгновенной жесткости подвески: 1 - при давлении в пневмобаллоне 0,15 МПа, 2 - при давлении 0,2 МПа Fig. 4. Change in the instantaneous stiffness of the suspension: 1 - at a pressure in the pneumatic cylinder of 0.15 MPa, 2 - at a pressure of 0.2 MPa В связи с тем, что мгновенная жесткость очень интенсивно изменяется в начале и конце ходов сжатия и отбоя, а в точках их начала и конца имеет значения, стремящиеся к бесконечности, на графиках рис. 4 использована логарифмическая шкала жесткости. Расчет значений мгновенной жесткости подвески выполнен для случаев отсутствия амортизатора. Данные для построения этих зависимостей приведены в таблице 2. Таблица 2 Изменение мгновенных значений жесткости пневмоподвески за цикл колебаний Table 2. Change in instantaneous values of air suspension stiffness per oscillation cycle Деформация, м Мгновенное значение жесткости, Н/м При давлении 0,15 МПа При давлении 0,2 МПа 0,003 110000 650000 0,012 20417 34600 0,050 6700 11400 0,080 5500 8750 0,106 4906 7972 0,110 5182 8182 0,1105 5973 8506 0,1106 6329 9042 0,1107 6685 9937 0,1108 7220 10830 0,1105 6697 9955 0,1104 6250 9058 0,1100 5951 9090 0,095 6526 9842 0,086 6512 10116 0,072 7361 10972 0,046 9565 15000 0,011 28840 47272 0,003 110000 650000 Анализ приведенных на рис. 4 зависимостей и данных таблицы 2 свидетельствует о том, что при давлении в баллоне 0,15 МПа мгновенная жесткость на прямом и обратном ходах подвески изменяется в пределах от 5182 Н/м до 9565 Н/м, а при давлении 0,2 МПа в пределах от 7972 Н/м до 15000 Н/м, за исключением участков начала и конца ходов сжатия и отбоя. Таким образом, мгновенные значения жесткости в 2-3 раза превышают осредненные значения, полученные в соответствии с рекомендациями ГОСТа 20062-96 [8]. Заключение 1.Выполненные экспериментальные исследования параметров упруго-демпфирующей характеристики подвески сиденья автотракторной техники типа конструкции фирмы «Sibeco» с пневматическим упругим элементом и нерегулируемым гидравлическим амортизатором свидетельствуют о том, что эти параметры соответствуют требованиям ГОСТ. 2. Подвеска обеспечивает соответствия требованиям норм по упругости хода и собственных частот колебаний оператора в комфортном для него рабочем диапазоне частот.
×

About the authors

Z. A Godzhayev

Federal Agroengineering Center VIM

Email: fic51@mail.ru
Dsc in Engineering, Corresponding member of the Russian Academy of Sciences Moscow, Russia

M. V Lyashenko

Volgograd State Technical University

Dsc in Engineering Volgograd, Russia

V. V Shekhovtsov

Volgograd State Technical University

Email: shehovtsov@vstu.ru
Dsc in Engineering Volgograd, Russia

P. V Potapov

Volgograd State Technical University

PhD in Engineering Volgograd, Russia

A. A Dolotov

Volgograd State Technical University

Volgograd, Russia

A. I Iskaliyev

Volgograd State Technical University

PhD in Engineering Volgograd, Russia

References

  1. Шеховцов В.В. Подрессоривание кабин тягово-транспортных средств: учеб. пособие // Минобрнауки России, ВолгГТУ. Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2016. 160 с.
  2. Искалиев А.И. Анализ пневматических подвесок автотракторных сидений // Технико-технологическое развитие отраслей и предприятий: сб. науч. тр. по матер. I междунар. науч.-практ. конф. (31 января 2017 г.) / гл. ред.: Н.А. Краснова // Научная общественная организация «Профессиональная наука». Нижний Новгород, 2017. C. 4-9.
  3. Ахалая Б.Х., Годжаев З.А., Кантария В.А. Усовершенствование рабочего места оператора // Сельский механизатор. 2019. № 6. С. 38-39.
  4. Ляшенко М.В., Искалиев А.И. Виброзащитные свойства подвески сиденья с возможностью рекуперации энергии колебаний // Прогресс транспортных средств и систем - 2018: материалы междунар. науч.-практ. конф. (г. Волгоград, 9-11 октября 2018 г.) / редкол.: И.А. Каляев, Ф.Л. Черноусько, В.М. Приходько [и др.] // ВолгГТУ, РФФИ, «ФНПЦ «Титан-Баррикады». Волгоград, 2018. C. 71-73.
  5. Ляшенко М.В., Потапов П.В., Искалиев А.И. Analysis of vibroprotection characteristics of pneumatic relaxation seat suspension with capability of vibration energy recuperation [Электронныйресурс] // 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.matecconferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/43/matecconf_icmtmte2017_06018.pdf.
  6. Кузьмин В.А., Годжаев Т.З., Годжаев З.А. Оценка эффективности виброзащиты гидравлической системы подрессоривания мобильных машин с активным нейросетевым регулированием // Автомобильная промышленность. 2018. № 8. С. 21-25.
  7. ГОСТ 12.2.019-86. Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования безопасности. Взамен ГОСТ 12.2.019-76 и ГОСТ 16527-80; введ. 01.07.87. М.: Стандартинформ, 2006. 17 с.
  8. ГОСТ 20062-96. Сиденье тракторное. Общие технические условия. Взамен ГОСТ 20062-81; введ. 01.07.97. Минск: ИПК Издательство стандартов, 1997. 12 с.
  9. Годжаев З.А., Гончаренко С.В., Артёмов А.В., Прядкин В.И., Годжаев Т.З. Расчетно-экспериментальная оценка воздействия на почву шин сверхнизкого давления мобильных энергосредств // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 3. С. 35-47.
  10. Искалиев А.И., Ляшенко М.В. Оценка сил сопротивления в статической упругой характеристике подвески сиденья // Актуальные направления развития газовой отрасли России: матер. всерос. науч.-практ. конф. молодых учёных и специалистов ПАО «Газпром» (г. Волгоград, 15 декабря 2016 г.) / редкол.: Н. А. Дьяченко (отв. ред.) [и др.]; ЧПОУ «Газпром колледж Волгоград». Волгоград, 2016. C. 63-66.
  11. Годжаев З.А., Измайлов А.Ю., Шевцов В.Г., Лавров А.В., Русанов А.В. Исследование давления колесного движителя на почву с учетом характеристики шины // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2016. № 1. С. 5-10.
  12. Годжаев З.А., Русанов А.В., Ревенко В.Ю. Метод построения эпюр касательных напряжений в зоне контакта буксующего колеса с почвой // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 5. С. 39-47.
  13. Искалиев А.И., Ляшенко М.В. Экспериментальная оценка сил сопротивления в статической упругой характеристике подвески автотракторного сиденья // Научно-технический прогресс: актуальные и перспективные направления будущего: сб. матер. IV междунар. науч.-практ. конф. (30 ноября 2016 г.). В 2 т. Т. II / ООО «Западно-Сибирский научный центр». Кемерово, 2016. С. 181-183.
  14. Годжаев З.А., Шеховцов В.В., Ляшенко М.В., Соколов-Добрев Н.С., Шевчук В.П. Влияние колебаний коpпусных деталей на опоpах на нагpуженность участков силовой пеpедачи тpактоpа // Тракторы и сельхозмашины. 2009. № 1. С. 19-27.
  15. Камитов М.С., Годжаев З.А., Борисов С.В. Оптимизация упруго-демпфирующих характеристик системы подрессоривания автомобилей высокой проходимости // В сборнике: XXVIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2016). сборник трудов конференции. 2017. С. 159-163.
  16. Izmailov A., Godzhaev Z., Revenko V., The method of constructing the diagrams of shear stresses in the contact zone of an slipping wheel with soil // SAE Technical Papers. 2018. Т. 2018-April. doi: 10.4271/2018-01-1335.

Copyright (c) 2021 Godzhayev Z.A., Lyashenko M.V., Shekhovtsov V.V., Potapov P.V., Dolotov A.A., Iskaliyev A.I.

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

 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.


This website uses cookies

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

About Cookies