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

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

Supplementary files