CC BY
53
УДК 629.114.2:629.3.027
СТЕНД ИМИТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ПОДВЕСКИ КАБИНЫ ВОДИТЕЛЯ КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА
Д. А. ЛИННИК, В. А. КИМ
ГУВПО «Белорусско-Российский университет» Могилев, Беларусь, 212030, e-mail: [email protected].
С. Д. ЛЕЩИК
УВО «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы» г. Гродно, Беларусь, 230023, e-mail: [email protected].
(Поступила в редакцию 15.10.2016)
В тракторостроении Республики Беларусь сохраняется тенденция к повышению энергонасыщенности колесных тракторов, скоростей их движения, что приводит к повышению вибрации и возрастанию в механизмах трактора нагрузок, снижающих его долговечность. С момента создания и эксплуатации колесных тракторов в сельскохозяйственном производстве конструкторов и исследователей занимает проблема снижения влияния вибраций и других негативных явлений на здоровье водителя. Один из путей снижения вибронагруженности рабочего места водителя колесного трактора, учитывая специфику его конструкции и условия эксплуатации, - совершенствование подвески сиденья водителя, другой - совершенствование подвески кабины колесного трактора. Проблема создания эффективной виброзащитной системы водителя колесного трактора представляет собой актуальную задачу и связана с улучшением труда водителя и его безопасностью. Ускорения на сиденье водителя и уровень шума в кабине колесной машины строго регламентированы международными стандартами. Поэтому производители колесных тракторов постоянно совершенствуют виброзащитные системы, внедряют новые щумопоглащающие материалы в конструкциях кабин водителя. В связи с этим авторами указывается на необходимость создания стенда имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора, снабженного беспроводным устройством регистрации физических величин, персональной электронно-вычислительной машиной, и позволяющего выполнять измерения, регистрацию и обработку больших массивов данных. Предлагаемая конструкция стенда имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора с моделированием возмущений позволяет определять оптимальные параметры упруго-диссипативных характеристиках подвески кабины водителя колесного трактора в условиях вынужденных колебаний, максимально приближенных к эксплуатационным. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что конструкцией данного технического решения предусмотрено установка кабины водителя колесного трактора на подвижную раму стенда с использованием беспроводных модулей с цифровыми датчиками-акселерометрами. Проведены экспериментальные испытания серийной подвески кабины колесного трактора МТЗ и подвески кабины опытного образца.
Ключевые слова: колесный трактор, подвеска кабины, среднеквадратичное ускорение.
Tractor construction in the Republic of Belarus keeps a tendency to raise energy saturation of wheeled tractors, their velocity, which leads to an increase in vibration and an increase in the load on tractor mechanisms, reducing its durability. Since the establishment and operation of wheeled tractors in agricultural production, designers and researchers think on the problem of reducing the influence of vibrations and other negative effects on the health of the driver. One of the ways to reduce the vibration load on the wheel tractor driver s seat, given the specifics of its design and operating conditions, is to improve the suspension of driver s seat, the other is to improve the suspension of wheel tractor cab. The problem of creation of an effective vibration-proof system for a wheel tractor driver is an actual problem and is associated with the improvement of the labor of the driver and his safety. Loads on the driver's seat and the noise level in the cab of wheel tractor are strictly regulated by international standards. Therefore wheeled tractor manufacturers are constantly improving vibration-proof system, introduce new noise-absorbing materials in the construction of driver's cab. In this connection, we have pointed to the need to create a stand for simulation tests of suspension of wheeled tractor driver cab, equipped with a wireless device recording physical properties and PC and able to perform measurements, registration and processing of large data sets. The proposed design of stand of simulation tests of wheel tractor driver cab suspension with perturbation modeling helps to determine the optimal parameters of elastic-dissipative characteristics of wheel tractor driver cab suspension in conditions of forced vibrations, as close to operational as possible. This technical result is achieved due to the fact that this technical solution installs the cab of tractor wheel driver on a movable frame of the stand with the use of wireless modules with digital sensors-accelerometers. We have conducted experimental tests of series suspension of wheeled tractor MTZ cab and of suspension of prototype cab.
Keywords: wheeled tractor, cab suspension, rms acceleration.
Введение
В последние годы Всероссийский научно-исследовательский институт охраны труда неоднократно отмечал существенный рост числа профессиональных заболеваний водителей колесных тракторов за счет их подверженности отрицательно действующим на организм колебаниям и вибрациям. Исследованиями ученых было установлено, что наиболее вредными воздействиями для водителя являются низкочастотные колебания в диапазоне частот 1-8 Гц, возникающие на рабочих скоростях движения трактора 5-12 км/ч [1]. В современных колесных тракторах для улучшения виброзащиты водителя колесного трактора широко используется способ вторичного подрессоривания (подрессоривание кабины). Задача виброзащиты водителя решается путем создания эффективной системы подрессоривания кабины колесного трактора [2-4].
Разработка научных методов проектирования виброзащитной системы водителя колесного трактора представляет собой актуальную задачу и связана с улучшением труда водителя и его безопасностью, повышением производительности и конкурентоспособности тракторной техники, производимой в Республике Беларусь.
Основная часть
Для определения оптимальных параметров упруго-диссипативных характеристиках подвески кабины колесного трактора был разработан стенд имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора (рис. 1).
о)
7
(V
-о
5 ж з 4
г ^
75 _ _ 3
б)
Рис. 1. Схема стенда имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора: а) вид стенда сбоку; б) вид стенда спереди;
1 - кабина водителя; 2 - груз; 3 - рама стенда; 4 - опоры; 5 - задний кронштейн; 6 - передний кронштейн;
7 - беспроводной модуль; 8 - подшипниковые опоры; 9 - вал привода стенда; 10 - противовесы;
11 - испытуемая задняя опора; 12 - испытуемая передняя опора; 13 - ремень; 14 - электродвигатель;
15 - основание; 16 - пульт управления; 17 - стол; 18 - ПЭВМ
Известен ряд устройств и способов, предназначенных для, испытаний систем вибрационной безопасности колесного транспорта, но при проведении анализа уровня техники по патентной и другой технической литературе аналогов, характеризующихся признаками, тождественными заявленному решению, не найдено. Данное техническое решение относится к машиностроению, а именно к конструкциям стендов для испытаний подвески кабины водителя колесного трактора
Алгоритм проведения стендовых испытаний состоит из следующих этапов: установка подвески кабины; установка беспроводных цифровых датчиков-акселерометров; загрузка программного обеспечения; проведение испытаний (запуск стенда, формирование и передача цифрового сигнала, построение графиков); анализ результатов испытания. Принципом функционирования данного алгоритма является то, что все действия должны выполняться в строго определенной последовательности. При проведении испытаний выполнялась ступенчатое увеличение частоты возмущающих воздействий от 1 Гц до 18 Гц.
Стенд имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора с моделированием возмущений включает в себя кабину водителя 1 колесного трактора с размещенным на месте сиденья водителя грузом 2 (масса груза 75 кг), имитирующим массу водителя; раму стенда 3, установленную между подвижными опорами 4, задним кронштейном 5 и передним кронштейном 6 кабины 1 колесного трактора, к которым прикреплены, оснащенные цифровыми датчиками-акселерометрами беспроводные модули 7; в свою очередь рама стенда 3 через подшипниковые опоры 8 связана с валом привода стенда 9. На концах вала привода стенда 9 закреплены противовесы 10. Между рамой стенда 3, задним кронштейном 5 и передним кронштейном 6 кабины 1 колесного трактора устанавливаются испытуемая задняя опора 11 и испытуемая передняя опора 12. С помощью ремня 13 электродвигатель 14, который установлен на отдельном основании 15, жестко закрепленном на раме стенда 3, приводит во вращение вал привода стенда 9, который в свою очередь контактирует с рамой стенда 3 через подшипниковые опоры 8. Для изменения частоты колебаний кабины 1 колесного трактора используется пульт управления 16, размещенный на отдельном столе 17, на котором также размещается персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) 18, которая предназначена для визуализации и анализа полученных данных.
Стенд имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора с моделированием возмущений работает следующим образом. В кабине водителя 1 колесного трактора, на месте си-
денья водителя, размещают груз 2, имитирующий массу водителя. Под действием моментов инерции, созданных массами противовесов 10, закрепленных на концах вала привода стенда 9, груз 2 совершает колебания в вертикальной плоскости. Изменение массы противовесов 10 и частоты вращения вала привода стенда 9 позволяет имитировать движения колесного трактора по неровностям различного профиля дорог. Раму стенда 3 устанавливают между подвижными опорами 4, задним кронштейном 5 и передним кронштейном 6 кабины 1 колесного трактора, к которым прикреплены оснащенные цифровыми датчиками-акселерометрами беспроводные модули 7. Между задним кронштейном 5, передним кронштейном 6 кабины 1 колесного трактора и рамой стенда 3 устанавливаются испытуемая задняя опора 11 и испытуемая передняя опора 12.
Величина действующего ускорения на испытуемую заднюю опору 11, испытуемую переднюю опору 12 и груз 2 оценивается с помощью оснащенными цифровыми датчиками-акселерометрами беспроводными модулями 7, данные от которых предаются на микроконтроллеры.
Далее данные поступают на ПЭВМ 18, где выводятся на экран стандартными средствами Windows. Для удобства использования ПЭВМ 18 размещается на столе 17. Стенд имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора с моделированием возмущений устанавливается на бетонное покрытие и фиксируется с помощью анкерных болтов.
На стенде выполнены экспериментальные испытания серийной подвески кабины колесного трактора МТЗ (виброизолятор 923-6700200) и подвески кабины опытного образца.
Согласно [5] оценка уровня вибрации, действующей на человека, осуществляется по величине среднеквадратичных ускорений.
Результаты стендовых испытаний показывают, что наибольшая «плотность амплитуд» среднеквадратичных ускорений на сиденье водителя колесного трактора приходится на интервал частот от 2,5 до 12 Гц (рис. 2).
t
a(u>)
2,5 м/с2
1,5
0,5
■Серийная подвеска кабины
■Опытная подвеска кабины
2,5
12
18
Гц
0
1
5
Рис. 2. Зависимость среднеквадратичного ускорения на сиденье водителя колесного трактора от частоты возмущающих воздействий
Подвеска кабины колесного трактора опытного образца позволит в 1,4 раза снизить уровень средних квадратичных ускорений на сиденье водителя колесного трактора в диапазоне частот 1-18 Гц и улучшить условия труда водителя по сравнению с серийной подвеской.
Заключение
Разработанный стенд имитационных испытаний подвески кабины водителя колесного трактора с моделированием возмущений позволяет определять оптимальные параметры упруго-диссипативных характеристиках подвески кабины водителя колесного трактора в условиях вынужденных колебаний, максимально приближенных к эксплуатационным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Амельченко, Н. П. Подвеска сиденья водителя колесного трактора : моногр. / Н. П. Амельченко, В. А. Ким; под ред. И. С. Сазонова. - Могилев, 2006. - 180 с.
2. Сазонов, И. С. Задачи создания эффективных виброзащитных систем водителя колесного трактора МТЗ: материалы междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 21-22 апр. 2011 г. / И. С. Сазонов, В. А. Ким, Н. П. Амельченко, Д. А. Линник // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии. - Могилев, 2011. - Ч. 2. - С. 59-60.
3. Линник, Д. А. Задачи создания эффективных виброзащитных систем колесных машин: материалы междунар. на-уч.-техн. конф., Могилев, 19-20 апр. 2012 г. / Д. А. Линник // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии. - Могилев, 2012. - Ч. 2. - С. 26-27.
4. Сазонов, И. С. Проблемы снижения вибронагруженности кабин колесных тракторов: материалы междунар. науч.-техн. конф., 21-22 апреля 2011 г. / И. С. Сазонов, В. А. Ким, В. Д. Рогожин // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии. - Могилев, 2011. - Ч. 2. - С. 63.
5. Вибрационная безопасность. Общие требования: ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ. - Введ. 01.07.08. - М., 2004. - 20 с.
