close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Андреева Екатерина Александровна. Разработка несущего упругого элемента для подвески сидения СДМ

код для вставки
2
3
4
Аннотация
Одним из направлений повышения технологических характеристик
строительно-дорожных машин, наряду с увеличением их производительности
и универсальности, внедрением в их работу дистанционных систем управления,
является создание комфортных условий труда для обслуживающего персонала
путем повышения безопасности и улучшения эргономических показателей
машины. Вибрация – один из основных эргономических показателей, дающих
представление об условиях труда оператора строительно-дорожной машины.
Требования
международных
стандартов
безопасности
регламентируют
стремление к минимально возможному уровню вибрации на рабочем месте
оператора.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы, были
улучшены виброзащитные свойства, а также повышена надежность и удобства
эксплуатации сиденья СДМ. Обоснованы критерии эффективности системы
виброзащиты рабочего места оператора СДМ.
5
Аnnotation
One of the ways to improve the technological characteristics of road
construction
machines,
along
with
increasing
their
productivity
and universality, the introduction of remote control systems in their work, is the
creation of comfortable working conditions for maintenance personnel by increasing
safety and improving the ergonomic parameters of the machine. Vibration is one of
the main ergonomic indicators that give an idea of the working conditions of the
operator of a road construction machine. The requirements of international safety
standards regulate the desire for the lowest possible level of vibration in the operator's
workplace.
As a result of the performance of the final qualifying work, the vibration-proof
properties were improved, and the reliability and convenience of operating the SDM
seat were improved. The criteria for the effectiveness of the vibration protection
system for the operator's workstation are substantiated.
6
Содержание
Введение ................................................................................................................... 7
1. Анализ сосотояния вопроса. Цель и задачи исследования. ........................... 10
1.1. Основные понятия и способы измерения вибрации ...................................... 10
1.2 Влияние вибрации на организм человека ....................................................... 12
1.3 Нормирование вибрации. Обоснование выбора критерия эффективности . 18
1.4 Способы и средства вибрационной защиты оператора .................................. 25
1.5 Анализ конструкций кресел оператора ........................................................... 33
2. Методы и мероприятия по снижению вибрации. Основы виброзащиты
машин...................................................................................................................... 42
2.1
Методы снижения вредного воздействия производственной вибрации на
организм человека – оператора строительно – дорожных машин ...................... 42
2.2
Мероприятия по снижению воздействия вибрации ................................. 48
2.3 Основы виброзащиты машин .......................................................................... 52
3. Улучшение виброзащитных свойств и расчёт виброзащитного сиденья
оператора ................................................................................................................ 62
3.1 Улучшение виброзащитных свойств, повышение надежности и удобства
эксплуатации сиденья СДМ .................................................................................. 62
3.2 Расчёт виброзащитного сиденья оператора .................................................... 70
Заключение ............................................................................................................. 77
Список использованных источников .................................................................... 78
Приложения
7
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования.Отличительными чертами отрасли
машиностроения на современном этапе развития являются интенсификация
производственных процессов,
создание
машин
повышенной
мощности,
увеличение скоростей движения при выполнении различного рода операций
с одновременным стремлением к уменьшению масс и габаритов машины на
единицу
мощности.
Такой
путь
развития
неизбежно
сопровождается
увеличением вибрации механизмов и узлов, несущих рам и рабочего места
оператора строительно-дорожных машин.
Одним из направлений повышения технологических характеристик
строительно-дорожных машин, наряду с увеличением их производительности
и универсальности, внедрением в их работу дистанционных систем управления,
является создание комфортных условий труда для обслуживающего персонала
путем повышения безопасности и улучшения эргономических показателей
машины. Вибрация – один из основных эргономических показателей, дающих
представление об условиях труда оператора строительно-дорожной машины.
Требования
международных
стандартов
безопасности
регламентируют
стремление к минимально возможному уровню вибрации на рабочем месте
оператора.
Строительно-дорожные
в современном
мире.
Они
машины
имеют
(СДМ)
широко
интенсивные
применяются
источники вибрации,
находящиеся в непосредственной близости от рабочего места оператора
и оказывающие на него свое негативное воздействие, которое приводит
к
снижению
производительности
труда
и
способствует
развитию
профессиональных заболеваний, таких как вибрационная болезнь, расстройства
нервной системы, нарушение обменных процессов, опущение и язвенная
болезнь желудка, деформация позвоночника.
В связи с вышеизложенным работа, направленная на снижение величины
динамических воздействий на рабочем месте оператора путем обеспечения
8
необходимых параметров системы виброзащиты рабочего места оператора
с учетом предполагаемых вибрационных нагрузок, является актуальной.
Цель работы – разработка несущего упругого элемента для подвески
сидения СДМ(улучшение виброзащитных свойств, повышение надежности
и удобства эксплуатации сиденья СДМ).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- обосновать критерий эффективности системы виброзащиты рабочего
места оператора СДМ;
- провести анализ конструкций кресел оператора;
-исследовать методы и мероприятия для снижения вредного воздействия
производственной вибрации влияющих на организм человека оператора
строительно- дорожных машин;
- изучить основы виброзащиты машин;
- улучшить виброзащитные свойства, повысить надежность и удобства
эксплуатации сиденья СДМ;
- рассчитать виброзащитное сиденье оператора.
Объект
исследования
–
вибрация,
действующая
на
оператора
строительно-дорожной машины.
Предмет исследования – виброзащитные свойства сидений, системы
виброзащиты.
Новизна результатов исследования:
- предложено
улучшить защиту оператора от воздействия вибрации,
вызванную работой механизмов или неровностями дорог;
- повышение надежности и удобства эксплуатации сиденья СДМ;
Теоретическая значимость работы определяется тем, что предложены
теоретические разработки, направленные на снижение вредного воздействия
производственной вибрации на организм человека оператора строительнодорожных машин, а так же улучшение виброзащитных свойств и повышение
надежности и удобства эксплуатации сиденья СДМ.
9
Практическая значимость работы определяется следующим:
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое
сиденье отличается от прототипа конструкцией, наличием виброизоляторов,
а также регулировкой жесткости и нагрузочной способности. Таким образом,
предлагаемое сиденье соответствует критерию "новизна".
-
использование
предложенных
технических
решений
позволяет
обеспечить эффективность виброзащиты вне зависимости от массы оператора,
регулировка жесткости и нагрузочной способности сиденья занимает мало
времени и не требует больших усилий, малые нагрузки в шарнирах устройства
позволяют практически исключить сухое трение в системе, что повышает
виброзащитные свойства сиденья и увеличивает его .
Методология
и
методы
исследования.
Методологической
базой
выпускной квалификационной работы послужил системный анализ причинноследственных связей процесса возникновения динамических воздействий на
рабочем месте оператора строительно-дорожной машины. Исследования носят
комплексный характер, содержат теоретические и исследовательские разделы.
На защиту выносится:
Разработка несущего упругого элемента для подвески сидения СДМ улучшение виброзащитных свойств, повышение надежности и удобства
эксплуатации сиденья СДМ.
10
1.
АНАЛИЗ
СОСТОЯНИЯ
ВОПРОСА.
ЦЕЛЬ
И
ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Основные понятия и способы измерения вибрации
Вибрация – механические колебания твердых тел. О вибрации также
говорят в более узком смысле, подразумевая механические колебания,
оказывающие ощутимое влияние на человека. В этом случае подразумевается
частотный диапазон 1,6…1000 Гц.
По способу передачи различают следующие виды вибрации:

общую вибрацию, передающуюся через опорные поверхности на
тело сидящего или стоящего человека;

локальную вибрацию, передающуюся через руки или ноги
человека, а также через предплечья, контактирующие с вибрирующими
поверхностями.
В зависимости от источника возникновения различают следующие виды
вибраций (рисунок. 1):

локальная вибрация:
а)
передающаяся
человеку
от
ручного
механизированного
(с двигателями) инструмента;
б)
передающаяся
человеку
от
ручного
немеханизированного
инструмента;

общая
вибрация
1
категории
–
транспортная
вибрация,
воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств,
движущихся по местности, дорогам и пр. (тракторы, грузовые автомобили,
скутеры, мотоциклы, мопеды);

вибрация,
общая вибрация 2 категории – транспортно-технологическая
воздействующая
перемещающихся
по
на
человека
специально
на
рабочих
подготовленным
местах
машин,
поверхностям
11
производственных помещений и т.п. (краны, напольный производственный
транспорт);

общая
вибрация
3
категории
–
технологическая
вибрация,
воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин или
передающаяся на рабочие места, не имеющих источников вибрации (станки,
литейные машины).

общая вибрация в жилых помещениях и общественных зданиях от
внешних источников (вибрация от проходящего трамвая).

общая вибрация в жилых помещениях и общественных зданиях от
внутренних источников (лифты, холодильники).
Рисунок 1 – Классификация вибрации
Для измерения вибрации и дополнительной оценки уровня шума
применяются специализированные виброметры, виброскопы и универсальные
12
шумовиброметры.
Виброметр – прибор, предназначенный для контроля и регистрации
виброскорости, виброускорения, амплитуды и частоты синусоидальных
колебаний различных объектов. В частности, виброметры используются для
измерения параметров вибрации виброустановок, применяемых для уплотнения
бетонных смесей при производстве железобетонных изделий.
1.2 Влияние вибрации на организм человека
Развитие современной техники и технологий, повышение скоростей
движения, интенсификация производственных процессов в строительной
и других отраслях привело к резкому увеличению уровня вибрации на
строительно-дорожных машинах (СДМ). Тем самым обозначилась острая
проблема повышения эффективности системы виброзащиты операторов машин.
Для разработки средств и методов надежной защиты от вибрационных
воздействий
необходимо
иметь
четкие
представления
о
способах
и последствиях воздействия вибрации на организм человека.
Вибрация представляет собой процесс распространения механических
колебаний в твердом теле. Механические колебания – это периодически
повторяющиеся движения. Причиной вибрации являются неуравновешенные
силовые
воздействия,
возникающие
при
работе
различных
машин
и механизмов.
На сегодняшний день в науке выделяется достаточно большое количество
классификационных признаков вибрации. Наиболее распространенные из них
представлены на рисунке 1.2.
Вибрация
находит
полезное
применение
в
строительстве
(т.е.
виброуплотнение, вибротранспортирование и т.д.), а также в других областях
науки и техники. В этом случае можно говорить о полезной вибрации. Однако
длительное воздействие вибрации на человека является опасным. Опасна
вибрация при определенных условиях для машин и механизмов, так как может
вызвать их разрушение. В этом случае принято говорить о вибрации вредной .
13
Рисунок 1.2– Классификация видов вибрации
В зависимости от способа передачи колебаний телу человека различают
общую и локальную вибрации. Общая вибрация передается через опорные
поверхности стоящего или сидящего человека и вызывает сотрясение всего
организма. Локальная вибрация воздействует на отдельные части тела (верхние
конечности, плечевой пояс, нижние конечности). Необходимо отметить, что
влияние
локальной вибрации на
непосредственной
областью
организм
воздействия,
не
она
ограничивается
оказывает
только
влияние
на
центральную нервную систему, а также на рефлекторном уровне может
изменять функции отдельных органов. В ряде случаев оператор одновременно
подвергается как общей, так и локальной вибрации, такое сочетание называют
комбинированной вибрацией .
По
направлению
действий
вибрация
может
быть
вертикальной,
распространяющейся по оси Z, перпендикулярной к опорной поверхности;
горизонтальной,
распространяющейся
по
оси
X
от
спины
к
груди;
горизонтальной по оси Y– от правого плеча к левому .
По временной характеристике различают постоянную вибрацию, для
которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более
чем в два раза (6 дБ), и временную вибрацию, изменяющуюся по
контролируемым параметрам более чем в два раза .
Целесообразно
выделять
контактную
вибрацию,
которая,
распространяясь от источника образования через промежуточные элементы,
достигает
поверхностей
машин,
агрегатов,
строительных
конструкций,
с которыми контактирует оператор, и неконтактную – ту, которая не достигает
опорных поверхностей, человеку не передается и не влияет на его состояние
здоровья.
Также вибрация может быть непреднамеренной, причиной тому могут
послужить, например, плохая балансировка и центровка вращающихся частей
машин
и
оборудования,
пульсирующие
движения
жидкости
работы
перфоратора. И наоборот, преднамеренной, то есть специально используемой
15
в технологических процессах, например, вибропогружение свай, вибрационное
уплотнение бетона, уплотнение поверхности виброкатками и т.п.
Основными параметрами,
характеризующими вибрацию, являются:
амплитуда A – величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от
положения равновесия; амплитуда колебательной скорости (виброскорости)
и колебательного ускорения (виброускорения); период колебаний T – время
между двумя последовательными одинаковыми состояниями системы; частота
f, связанная с периодом соотношением f=1/T.
Длительное воздействие вибрации ведет к развитию профзаболеваний.
Воздействуя на машинный компонент системы «машина – оператор», вибрация
снижает
производительность
технических
установок
(за
исключением
специальных случаев) и точность считываемых показателей приборов,
вызывает
знакопеременные,
приводящие
к
усталостному
разрушению
напряжения в конструкции и т.д.
Рассматривая последствия воздействия вибрации на организм человека,
необходимо учитывать тот факт, что колебательные процессы постоянно
протекают в человеке, как и в любом живом организме. Сами внутренние
органы можно рассматривать как колебательные системы с упругими связями.
Ритмические колебания лежат в основе сердечно-сосудистой деятельности,
биотока мозга. При воздействии на человека внешних колебаний происходит их
взаимодействие с внутренними колебательными процессами, что служит
причиной возникновения резонансных явлений.
Вибрация имеет широкий диапазон колебаний от десятых долей до
нескольких сотен герц. Резонансные колебания с частотой до 1 Гц вызывают
укачивание оператора. Слабая гармоническая вибрация с частотой 1 – 2 Гц
приводит к сонливому состоянию.
Особенно вредными считаются вибрации, близкие или совпадающие
с частотой собственных колебаний тела или отдельных его частей, которые
находятся в диапазоне 1 – 30 Гц: позвоночник 4 – 6 Гц, внутренние органы 6 –
10 Гц, голова 20 – 30 Гц. Воздействия с частотой 30 – 40 Гц являются опасными
16
для верхних конечностей тела оператора. Частотный диапазон расстройств
зрительных восприятий лежит между 60 – 90 Гц, что соответствует резонансу
глазных яблок.
Наиболее чувствителен организм к частотам от 200 до 250 Гц. Пороги
вибрационной чувствительности для различных участков тела неодинаковы.
Так, наибольшей чувствительностью обладают участки, больше удаленные от
медианной плоскости тела, например кисти рук.
Если рассматривать конкретное положение тела, в котором находится
оператор на своем рабочем месте, то можно отметить, что для стоящего на
вибрирующей поверхности человека имеется два резонансных пика на частотах
5 – 12 Гц и 17 – 25 Гц, для сидящего – на частотах 4 – 6 Гц. Для лежащего
человека область резонансных частот находится в интервале 3,0 – 3,5 Гц.
Некоторые ученые считают, что при воздействии вибрации на организм
человека (рисунок 1.3) важную роль играют анализаторы центральной нервной
системы – вестибулярный, зрительный, кожный и другие аппараты.
Вибрация
Восприятие
Нервные клетки и
органы
Раздражение
Деформация ткани
и клеток отдельных
органов
Смещение органов
Нарушение
функций опорнодвигательного
аппарата
Нарушение
функций половых
органов
Результат действия вибрации
Снижение
работоспособности
Нарушение
функций
центральной
нервной системы
Рисунок 1.3 – Действие вибрации на организм человека
Также отмечено, что вибрация, воздействуя посредством раздражения
нервных периферических окончаний в местах контакта, может вызывать
изменения как физиологического, так и функционального состояния организма
человека.
Общая
классификация
вредного
влияния
и
симптомы
функциональных и физиологических нарушений представлены в таблице 1.1.
17
По данным таблицы 1.1 можно сделать вывод, что воздействие вибрации
на организм человека приводит к снижению производительности труда
и
качества
работы,
а
также
увеличению
вероятности
возникновения
профессиональных заболеваний.
Таблица 1.1 – Особенности вредного влияния вибрации на человека
Вредное влияние вибрации
на функциональное состояние
на физиологическое состояние
1.
Повышение утомляемости.
1.Развитие нервных заболеваний
2.
Увеличение
2.
времени
двигательной реакции
3.
реакции
вестибулярных
функций
сердечнососудистой системы
Увеличение
зрительной
Нарушение
времени
4.
реакций
3.
Нарушение функций опорно-
Нарушение двигательного аппарата
и
координации
движения
4.
Поражение
мышечных
тканей
Результат вибрационного воздействия
Снижение производительности труда
и качества работы
Возникновение профессиональных
заболеваний
Вибрационная патология стоит на втором месте среди известных
профессиональных заболеваний. Выделяют несколько видов вибрационной
патологии как результат воздействия общей и локальной вибраций.
При действии на организм общей вибрации страдает в первую очередь
нервная
система,
координации
а
также
движений,
отмечаются
симптомы
головокружения,
укачивания,
расстройство
вестибуло-вегетативная
неустойчивость. Отмечено, что при воздействии общей вибрации на организм
у человека наблюдается снижение болевой, тактильной и вибрационной
чувствительности. Бич современного производства, особенно машиностроения,
– локальная вибрация. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти,
предплечий,
нарушая
снабжение
конечностей
кровью.
Одновременно
колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани,
18
вызывают отложение солей в суставах пальцев, деформируя и уменьшая
подвижность суставов. Усугубляют вредное воздействие вибрации на организм
такие факторы производственной среды, как чрезмерные мышечные нагрузки,
неблагоприятные климатические условия, пониженная температура, шум
высокой интенсивности, психоэмоциональный стресс.
1.3 Нормирование вибрации. Обоснование выбора
критерия
эффективности
Уровень вибрации на рабочем месте в производственных помещениях, на
строительно-дорожных,
горных
машинах,
автомобильном
транспорте
в Российской Федерации регламентируется законодательством.
Нормирование вибрации – это процесс установления критериев и расчет
норм, необходимых для обеспечения качества и безопасной работы машин,
с обязательным учетом их влияния на здоровье человека в виду напряженности
и тяжести труда. Различают техническое и гигиеническое нормирование
вибрации (таблица 1.2).
Таблица 1.2 – Нормирование вибрации
Нормирование вибрации
техническое
Обеспечиваются
гигиеническое
соответствующие
Обеспечиваются
соответствующие
условия для защиты машин, механизмов, условия для защиты человека от вибрации
устройств
Устанавливает допустимые значения
вибрационных характеристик отдельных
групп и типов машин
Устанавливает
производственной
вибрации
параметры
и
правила
работы с виброопасными механизмами
и оборудованием
Осуществляемый тип ограничений
19
Ограничение параметров вибрации
Ограничение параметров вибрации
с учетом как физиологических требований, рабочих мест и поверхности контакта
так
и
технически
достижимого
на с конечностями работающих, исходя из
сегодняшний день для данного вида машин физиологических
уровня вибрации
требований,
и снижающих возможность возникновения
вибрационной болезни
Другая классификация норм и требований по ограничению вибрации
машин выглядит следующим образом:
1.
Нормы,
регламентирующие
виброактивность
и
качество
изготовления (модернизации, ремонта) машин.
2.
Эксплуатационные нормы допустимой вибрации.
3.
Санитарно-гигиенические нормы (требования).
4.
Нормы на вибростойкость приборов, машин и строительных
конструкций при воздействии внешней вибрации.
Обеспечение вибробезопасности – качественная формулировка задачи,
решаемой с целью сохранения здоровья оператора. Количественно эта задача
выражается гигиеническими и санитарными нормативами вибраций, которые
воздействуют на человека в различных производственных условиях.
Впервые в мировой практике в 1955 г. в России были введены нормы
и правила, регламентирующие уровни вибрации ручных машин и общей
вибрации, воздействующие на человека, которые в дальнейшем неоднократно
пересматривались и изменялись.
В настоящее время существует большое количество государственных
стандартов, которые регламентируют технические требования к вибрационным
машинам и оборудованию, системам виброзащиты, методам измерения оценки
параметров вибрации и другие условия. К таким документам относится:
Межгосударственный
безопасности
труда.
стандарт
12.1.012-2004.
Вибрационная
безопасность;
Система
стандартов
Межгосударственный
стандарт 31191.1-2004. Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка
ее воздействия на человека; Межгосударственный стандарт 31192.1-2004.
20
Вибрация. Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на организм
человека и другие регламентирующие документы.
Стандарты в области вибрационной безопасности подразделяются на три
группы:
•
Стандарты группы
А.
К
ней относятся
основополагающие
стандарты по вибрационной безопасности. Такие стандарты определяют
и устанавливают общие понятия и правила обеспечения вибрационной
безопасности, измеряемые величины (включая функции частотной коррекции
для конкретных условий применения), а также общие методы измерения
и оценки вибрации, которые распространяются на различные условия ее
воздействия на человека.
К стандартам группы А относят, например: ГОСТ 31191.1, ГОСТ 31192.1.
•
Стандарты группы В. К этой группе относятся стандарты
групповых во-просов вибрационной безопасности. Они устанавливают методы
измерения и оценки вибрации в конкретных условиях ее действия или для
больших групп изделий, а также отдельные частные аспекты вибрационной
безопасности безотносительно к группам изделий или условиям действия
вибрации.
К стандартам группы В относят, например: ГОСТ 31192.2, ГОСТ 31319,
ГОСТ 31191.4, ГОСТ 16519, ГОСТ 31193, ГОСТ ИСО 10326-1.
•
Стандарты группы С. К ней относятся стандарты по вибрационной
безопасности,
связанные
с
отдельными
объектами.
Распространяются
стандарты данной группы на отдельные виды изделий.
К стандартам типа С относят испытательные коды по вибрации,
например:
ИСО 10056, ИСО 5008, ИСО 5007.
Эти нормативные документы направлены на обеспечение не только
вибрационной безопасности и сохранение работоспособности, но и на
сохранение комфорта оператора. ГОСТ 31191.1 определяет методы получения
21
количественной информации о воздействии общей вибрации на человека
в отношении:
-
чувствительности к воздействию вибрации;
-
здоровья и степени комфорта;
-
подверженности болезни движения.
Действующие
в настоящее
время
межгосударственные
стандарты
устанавливают ряд основных и альтернативных методов оценки вибрации.
Любой из методов оценки вибрации включает в себя:
–
в
случае
поступательной
вибрации
–
измерения
среднеквадратического значения корректированного виброускорения в метрах
на секунду в квадрате (м/с2);
–
в случае угловой вибрации – измерения среднеквадратического
значения корректированного виброускорения в радианах на секунду в квадрате
(рад/с2).
Основной величиной, которую используют для описания величины
вибрации, согласно действующим межгосударственным стандартам является
среднеквадратическое
значение
корректированного
виброускорения,
выраженное в метрах в секунду в квадрате.
Для получения этих значений используется представление сигнала
вибрации как в частотной, так и во временной областях.
Формула расчета во временной области имеет следующий вид:
где Т – период измерений, с;
w(t)
– корректированное поступательное
(угловое) виброускорение как функция времени, м/с2 (рад/с2).
При этом главным условием преемственности основного метода является
определение пик-фактора .
22
Пик-фактор – это абсолютное значение отношения максимального
значения
мгновенного
корректированного
виброускорения
к
его
среднеквадратическому значению.
При этом максимальное значение мгновенного корректированного
виброускорения определяют на всем периоде интегрирования T для получения
среднеквадратического значения.
Пик-фактор выступает в данном случае тем критерием, по которому
определяется, достаточен ли основной метод оценки степени жесткости
вибрации для оценки воздействия ее на оператора.
Основной метод принято считать достаточным в том случае, если
значение пик-фактора не превышает 9. В случае если основной метод оценки
вибрации является недостаточным (значение пик-фактора превышает значение
9, наблюдаются случайные удары или вибрация переходного характера), для
оценки вибрации принято проводить измерение одного из альтернативных
параметров, в качестве которых выступают:
1)
текущее
среднеквадратическое
значение
корректированного
виброускорения;
2)
доза вибрации.
Альтернативный
метод,
среднеквадратического
значения
основанный
на
корректированного
измерении
виброускорения,
используется в случае, если наблюдется вибрация переходного характера или
наблюдаются случайные удары в сигнале вибрации из-за малого времени
интегрирования. При применении данного метода принято использовать
вибрационную
текущее
характеристику,
значение
корректированного
наибольшее значение величины
где
м/с2,
которую определяют как максимальное
w(t0),
виброускорения
MTVV,
иначе
м/с2, (рад/с2):
(t0) – мгновенное значение корректированного виброускорения,
23
(рад/с2); t0 – время наблюдения (мгновенное время);
времени, с;
τ– постоянная
t – время (переменная интегрирования).
Максимальное текущее значение корректированного MTVV принято
определять по формуле
(1.3)
Альтернативный метод, основанный на измерении дозы вибрации,
считается более чувствительным к пиковым выбросам, чем основной метод
оценки, за счет того, что усреднению в нем подвергают корректированное
виброускорение, возведенное в четвертую степень. Дозу вибрации VDV, м/с1,75
(рад/с1,75), определяют по формуле
Использование альтернативных методов оценки вибрации на человека
рекомендуется в случаях превышения следующих значений отношений
параметров вибрации:
Для оценки воздействия вибрации основной метод используется всегда.
При применении одного из альтернативных методов результаты измерений,
полученные по каждому из методов, необходимо зафиксировать.
Важным этапом при определении рациональных параметров (системы
виброзащиты, элементов виброзащиты, амортизаторов, упруговязких элементов
подвесок кабины и кресла) дорожной подметально-уборочной машины
является выбор и обоснование выбора критерия эффективности.
Помимо
эффективности
основного
–
требования,
информативности,
предъявляемого
существует
предъявляемым к критериям в общем случае:
еще
к
ряд
критерию
требований
24
-
определение критерия исходя из целевой задачи системы;
-
критерий должен быть определен с учетом основной цели, ради
которой создается объект, а также условий и ограничений эксплуатации;
-
критерий должен включать параметры и характеристики объекта,
влияние которых необходимо определить или оптимизировать;
-
критерий должен иметь понятный физический смысл и измеряться
в общепринятых физических единицах.
В качестве критерия эффективности можно рассматривать поглощаемую
энергию вибрационного воздействия. Этот критерий позволяет оценить
вибронагруженность одним количественным показателем, который получен
путем суммирования мощности колебаний по трем осям. Использование
данного способа не нашло большого применения в силу сложности вычисления
мощности, подводимой к телу оператора, а также того, что в предыдущих
исследованиях определено нерациональное рассмотрение величины вибрации
по трем осям одновременно.
Использование
в
качестве
критерия
эффективности
системы
виброзащиты по третьей производной является нецелесообразным в виду того,
что количественные показатели могут быть получены на основе субъективных
данных
участников
испытаний,
подвергшимся
гармоническому
возмущающему воздействию.
В директиве Европейского экономического сообщества по безопасному
использованию машинного оборудования определено, что оборудование
должно создаваться таким образом, чтобы опасность от вибрации сокращалась
до наименьшего практического уровня.
В
качестве
критерия
эффективности
целесообразно
использовать
величины, установленные ГОСТ и санитарными нормами. Выбор критерия
эффективности может определяться условиями эксплуатации машины, а также
наличием измерительного оборудования. Главное условие, которое должно
выполняться: значение показателя, характеризующего вибрацию, должно быть
меньше или сокращено до предельно возможного минимума:
25
где
–
среднеквадратические
значения
корректированного
виброускорения.
1.4 Способы и средства вибрационной защиты оператора
Неуравновешенные силовые воздействия являются причиной вибрации,
возникающей при работе СДМ. Источниками вибрации в общем виде являются:
физико-химические процессы, происходящие в источнике, например ДВС;
неуравновешенные
движущиеся
вращающиеся
системы;
оборудование,
ударное
использующее
массы;
возвратно-поступательные
воздействие
ударное
сопрягаемых
воздействие
на
деталей;
обрабатываемый
материал .
Вибрационная защита – комплекс мер и устройств, предназначенных для
уменьшения вибрационного воздействия на защищаемый объект.
Способы снижения вибрации (рисунок 1.4) можно разделить на две
основные группы:
-
снижающие
параметры
вибрации
воздействием
на
источник
возбуждения; - снижающие параметры вибрации на путях ее распространения.
Осуществление
конструктивных
первой
элементов
группы
источника
способов
возможно
возбуждения,
изменением
частоты
вибрации
источника возбуждения, характера вынуждающих сил или моментов, которые
обуславливаются рабочим процессом в машине, а также уравновешиванием
движущихся масс.
Реализовать такие способы позволяет снижение самовозбуждения
вибрации, параметрического возбуждения, кинематического возбуждения
и силового возбуждения вибрации.
Самовозбуждение вибрации – это колебание системы, вызванное
поступлением энергии от неколебательного источника, которое регулируется
движением самой системы.
26
Параметрическое возбуждение вибрации – это возбуждение колебаний
системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного из
ее параметров (массы, коэффициента жесткости, момента инерции).
Рисунок 1.4 – Способы снижения вибрации
27
Самовозбуждение вибрации – это колебание системы, вызванное
поступлением энергии от неколебательного источника, которое регулируется
движением самой системы.
Параметрическое возбуждение вибрации – это возбуждение колебаний
системы не зависящим от состояния системы изменением во времени одного из
ее параметров (массы, коэффициента жесткости, момента инерции).
Силовое возбуждение – это возбуждение вибрации вынуждающими
силами и моментами. Снижение силового возбуждения может быть достигнуто
изменением конструктивных элементов источника возбуждения, частоты
вибрации источника возбуждения, характера вынуждающих сил и моментов,
а также уравновешиванием. Уравновешивание в свою очередь может быть
достигнуто уравновешиванием поступательно движущихся масс, вращающихся
масс, сложно движущихся масс.
Кинематическое возбуждение – это возбуждение вибрации системы
сообщением каким-либо ее точкам заданных движений, не зависящих от
состояния системы. Снижение такого вида возбуждения возможно изменением
конструктивных элементов машин, уменьшением вероятности профиля пути
машин, а также повышением нивелирующей способности опорных элементов
машин.
Общим подходом к решению задачи снижения виброактивности
определенного источника считается уменьшение энергии возмущающих сил
снижением частоты воздействия или изменением масс, также можно
использовать перераспределение энергии во времени .
Реализовать
вторую
группу
способов
возможно
изменением
конструктивных элементов машин, использованием демпфирующих покрытий,
антифазной синхронизацией источников возбуждения.
Способы снижения параметров вибрации, основанные на встраивании
дополнительных
устройств
в
конструкцию
считаются
наиболее
перспективными в решении данной задачи, поскольку не всегда можно
28
устранить
вибрацию в
источнике.
Условно
их можно разделить на
виброизоляцию и виброгашение.
Виброгашение – метод виброзащиты, заключающийся в присоединении
к объекту виброзащиты дополнительных устройств с целью изменения
характера ее колебаний.
Виброизоляция – метод виброзащиты, заключающийся в ослаблении
связи между источником и объектом путем размещения между ними
виброизолирующего устройства (виброизолятора)
Средства виброгашения (СВГ) делятся на виброгасители ударные
и динамические. Суть методов ударного и динамического гашений заключается
в присоединении к объекту дополнительных демпфирующих элементов
(поглотителей колебаний) с целью изменения характера его колебаний.
Ударные виброгасители не могут осуществлять полную компенсацию
колебаний при моногармоническом возбуждении, и речь в этом случае может
идти только о частичном подавлении. Также недостатком ударного гашения
является
возбуждение
гасителем
высокочастотных
колебаний
системы,
которые появляются в результате уменьшения колебаний на частоте внешнего
воздействия.
Динамический гаситель создает дополнительное силовое воздействие,
передаваемое на объект. Это служит отличительной чертой динамического
гашения от других способов снижения колебаний.
При присоединении к объекту динамического гасителя происходит
изменение характера колебаний следующими способами: либо за счет
перераспределения колебательной энергии от объекта к гасителю колебаний,
либо за счет увеличения рассеяния энергии колебаний. В первом случае речь
идет об инерционных динамических гасителях, которые обычно применяют для
подавления моногармонических колебаний или узкополосных случайных
вибраций.
Второй
подход
широкополосной вибрации.
оказывается
предпочтительным
в
случае
29
Рисунок 1.5 - Расширенная классификация средств защиты
30
Конструктивно
динамические
гасители
колебаний
могут
быть
реализованы как на основе пассивных, так и на основе активных элементов. На
сегодняшний день разработано большое количество устройств и систем
гашения колебаний, которые можно классифицировать по источнику энергии,
принципу
действия,
материалу
упругого
элемента,
виду
статических
характеристик и другим признакам. Недостатком этих систем является
избирательно узкий диапазон частот, в котором может быть достигнуто
эффективное гашение вибрации. В связи с этим обстоятельством и по ряду
других причин виброизоляцию можно считать основным путем для снижения
вибрации.
Средства виброизоляции (СВ) по конструктивному признаку разделяются
на простые и составные. Составные СВ по порядку включения бывают:
•
с последовательным включением простых СВ;
•
параллельным включением простых СВ;
•
комбинированным включением простых СВ.
Простые
источников
СВ
энергии
в
зависимости
подразделяются
от
на
использования
пассивные
и
дополнительных
активные.
СВ,
использующие энергию дополнительного источника, считаются активными.
Управление в системах с использованием активных СВ сводится к компенсации
дополнительным
источником
энергии
внешних
вынуждающих
сил,
вызывающих вибрацию защищаемого объекта .
В зависимости от вида исполнительного устройства СВ могут быть
с
гидравлическими,
пневматическими,
пневмогидравлическими,
электромеханическими амортизаторами. Выбор типа системы зависит от
предъявляемых к ней требований. Так, при необходимости обеспечения
высокой жесткости применяют гидравлическую систему. Пневматические
системы обладают малой статической жесткостью. Электромеханические
системы обладают малой инерционностью и позволяют в широких пределах
варьировать амплитудно-частотные характеристики.
31
Виброзащитная система с использованием активных СВ содержит
чувствительные элементы, управляющие усилительные и исполнительные
устройства. В качестве чувствительных элементов используют датчики,
регистрирующие силы возбуждения и реакции объекта или его кинематические
параметры, такие как перемещение, ускорение, скорость. Сигналы датчиков
используют
элементами
для
формирования
обратной
связи.
сигналов
После
управления,
усиления
осуществляемого
сигналы
подаются
в исполнительное устройство, создающее управляющее воздействие.
Главные причины того, что активные СВ не нашли широкого
применения, несмотря на свою высокую эффективность, – сложность
конструкции и высокая цена этих СВ.
В настоящее время наибольшее распространение на СДМ получили
пассивные системы виброизоляции (таблица 1.3). В пассивных системах
виброизоляция достигается смягчением подвески виброизолируемого объекта
и уменьшением коэффициента передачи.
Для снижения вибрации, воздействующей на оператора, устанавливают
виброзащитные кресла, виброизолирующие настилы и виброизолирующие
кабины.Выбор типа СВ машины зависит от ее конструктивных особенностей,
условий работы оператора,
характера
и интенсивности вибрационных
воздействий. Виброзащитные кресла должны устанавливаться на самоходных
машинах для защиты оператора как от вибрации силовой установки, активного
рабочего органа и т.д., так и для снижения воздействия на него случайных
вибраций, толчков.
32
Таблица 1.3 – Типы устройств виброизоляции и области их применения
Тип устройств
Область применения
Путевые
Подвеска транспортных средств
тракторы,
машины,
автомобили,
строительные
самоходные
машины
Самоходные
Виброзащитные кресла
Виброизолированные
строительно-
дорожные машины, тракторы
настилы
(площадки)
Самоходные катки
Строительно-дорожные
Виброизолированные кабины
машины,
тракторы
Виброизолированные
Тяжелые
многокаскадные системы (настил – кресло
путевые
машины
вибрационного действия, виброкатки
и др.)
Виброизолированные
ДВС
рабочие органы активного действия
и
Строительно-дорожные машины
33
1.5 Анализ конструкций кресел оператора
Вибрационная защита оператора СДМ достигается путем виброизоляции
двигателя
внутреннего
сгорания
(ДВС),
кабины
и
кресла.
Наиболее
эффективным средством защиты оператора, работающего сидя в зоне
интенсивной вибрации, передаваемой от колеблющегося основания (пола),
является кресло с виброзащитной подвеской.
Установка в кабине СДМ виброзащитного кресла актуальна в случаях,
когда виброизоляцией кабины не удается достигнуть снижения вибрационного
воздействия на оператора, а также при воздействии на рабочее место оператора
низкочастотной случайной вибрации, толчков .
Современные
виброзащитные
кресла
–
сложная
конструкция,
обеспечивающая комфортные условия труда оператора.
На рисунке 1.6 представлена расширенная классификация кресел СДМ.
По динамическим свойствам кресла, устанавливаемые на СДМ, условно
можно разделить:
-
на снижающие периодические вибрации, которые устанавливаются
на стационарных и тяжелых машинах, передвигающихся при работе с малой
скоростью;
-
снижающие как периодические, так и случайные вибрационные
воздействия, которые устанавливаются на большинстве самоходных машин.
34
Рисунок 1.6 – Классификация кресел СДМ
35
Известны три типа кресел :
-
неподрессоренные (без подвески); - подрессоренные (с гибкой
подвеской); - с мягкой подушкой.
Неподрессоренные кресла используются на стационарных машинах
с незначительной вибрацией. Тенденции последних лет свидельствуют о все
меньшем их применении. Активные подвески могут быть двух принципиально
различных типов:
•
в
подвесках
первого
типа
отсутствуют
пассивные
упругодемпфирующие элементы. Данные системы, как правило, являются
системами с широким частотным рабочим диапазоном;
•
в подвесках второго типа присутствуют пассивные упруго-
демпфирующие элементы, вызывающие переменное усилие в подвеске .
Активные подвески, обеспечивающие эффективную виброизоляцию
в области низких частот, до сих пор не получили широкого применения в связи
с тем, что для их изготовления необходимо применение высококачественного
оборудования, обладающего высокой точностью, а настройки и обслуживание
такого типа подвесок должно производиться специалистами.
Несмотря на большое количество разработанных для защиты оператора
виброзащитных систем, широкое применение получили пассивные системы
виброзащиты. Данные системы обладают простой конструкцией, не требуют
подвода энергии, надежны и долговечны в эксплуатации.
Одним из недостатков пассивных систем считается их невозможность
обеспечить допустимый уровень вибрационной нагрузки во всем диапазоне
частот. Объясняется это возникновением низкочастотного резонанса, который
затрудняет или делает невозможным управление машиной в определенных
режимах
работы,
что
в
конечном
итоге
приводит
к
снижению
производительности.
Частоты собственных колебаний подрессоренных кресел определяются
в диапазоне 1 – 10 Гц. В их конструкциях, обычно имеющих демпфирующее
36
устройство, можно выделить 3 основных функционально связанных узла:
кресло, механизмы и устройство регулирования положения кресла и его
элементов, подвеска кресла. Общий вид подрессоренного кресла представлен
на рисунке 1.7.
Рисунок 1.7 – Виброзащитное кресло: 1 – сиденье; 2 – спинка; 3 –
регулировочное устройство; 4 – подвеска; 5 – стойка; 6 – ограничительный
упор
Узел
подвески
кресла
состоит
из
направляющего,
упругого
и демпфирующего устройств, а также ограничительных упоров. Направляющие
устройства выполняют кинематическую и силовую связь между полом кабины,
упругим элементом и посадочным местом оператора. Их конструкция
определяет траекторию относительно перемещения посадочного места, а также
способ и размер нагружения упругого элемента, обеспечивая тем самым
статический ход (прогиб) подвески. Направляющие устройства обеспечивают
плоскопараллельное, вертикальное или поворотное движение кресла.
Направляющие механизмы таких кресел (рисунок 1.8) можно разделить
на насколько типов: параллелограммные (с вариантами нижнего и заднего
расположения
направляющих
механизмов),
рычажно-роликовые,
рычажноторсионные (кресла с поступательным направляющим механизмом),
механизмы типа «ножницы» (с вариантами нижнего и заднего расположения
подвески).
37
1)
3)
2)
4)
Рисунок 1.8– Механизмы подвесок сидений СДМ:
1 – рычажно-роликовые механизмы; 2 – параллелограммные механизмы
(с вариантами нижнего и заднего расположения направляющих
механизмов); 3 – рычажно-торсионные механизмы; 4 – механизмы типа
«ножницы» (с вариантами нижнего и заднего расположения подвески)
Рычажные двухторсионные кресла с поступательным направляющим
механизмом обеспечивают широкий диапазон хода подвески (от 20 до 120 мм).
Недостатком таких систем является то, что при применении пружин в качестве
гибкого элемента кресла недостаточно устойчивы в горизонтальной плоскости.
Параллелограммные механизмы направляющего устройства с нижним
расположением позволяют реализовать большой ход подвески (100 – 150 мм)
при небольшом (5 – 10 мм) продольном смещении. Они отличаются
значительными
элементами
при
габаритами
этом
типе
в
вертикальном
подвесок
направлении.
служат
резиновые
Упругими
торсионы,
цилиндрические пружины растяжения и сжатия, пневматические элементы.
Кресла с задним расположением направляющего устройства имеют
короткий (до 80 мм) ход подвески, несмотря на это обеспечивают значительные
38
продольные перемещения посадочного места. Гибким элементом в этом
механизме служат пружины растяжения.
Параметры перемещения у кресел с рычажно-роликовым направляющим
механизмом имеют небольшой ход подвески (75 – 85 мм). Гибким элементом,
также как и у кресел с параллелограммным механизмом при заднем
расположении направляющего устройства, служат пружины растяжения.
Направляющие механизмы типа «ножницы», с точки зрения удобства
компоновки, обладают большими возможностями. Такие механизмы позволяют
конструировать кресла относительно небольших габаритов с большим ходом
подвески
в
(до
150
направляющих
конические
мм).
Упругие
механизмах:
пружины
сжатия
элементы,
цилиндрические
и
торсионы.
которые
используются
пружины
Демпфирование
растяжения,
колебаний
достигается специальным устройством – гидравлическим демпфером либо
в результате деформации упругих элементов подвески.
Основными видами кресел с подвеской пассивного типа (см. рисунок 1.9)
являются: кресла, в основе которых заложены механизмы преобразования
движения (а), кресла с упруговязкой подвеской (б), кресла с «квазинулевой
жесткостью» (в), с пневматической (д) и гидропневматической (г) подвеской.
а)
б) в) г)
д)
Рисунок 1.9 – Виды подвесок кресел : а – с механизмом преобразования
движения; б – пружина-демпфер; в – с квазинулевой жесткостью;
г – пневматическая; д – гидропневматическая
39
Подвески кресел с механизмом преобразования движения (см. рисунок
1.9, а) эффективно работают только в узкой полосе частот. Их
достоинством
также
считается
максимальная
виброизоляция,
которая
происходит на частоте собственных колебаний машины.
Отличительной
особенностью
этого
типа
подвесок
является
их
способность обеспечивать амплитудные провалы на заданной частоте,
максимальная виброизоляция на которой обычно достигается инерционным
воздействием
на
объект
подвижной
массой.
Такое
воздействие,
пропорциональное разности ускорений подвижной части кресла и основания,
находится в противофазе с упругой силой пружины, что обеспечивает
динамическую виброизоляцию.
Широкое распространение получили кресла с упруговязкой подвеской,
в основании которой содержатся пружина и демпфер (см. рисунок 1.9, б),
работающие параллельно. Характерной особенностью такого типа подвесок
является
то,
что
при
правильном
подборе
параметров
жесткости
демпфирующее устройство эффективно работает в областях высоких частот
и резонанса .
Достоинствами подвесок такого типа является простота конструкции
и надежность в эксплуатации, а их недостатком можно считать сравнительно
большую частоту собственных колебаний (2…3,5 Гц). Снижение частоты
собственных
колебаний
кресел
с
упруговязкой
подвеской
приводит
к снижению жесткости упругих элементов, что увеличивает перемещение
относительно органов управления и осложняет работу оператора .
Конструктивно пассивные упруговязкие подвески СДМ выполнены по
классической схеме «пружина – демпфер». К упругим элементам этих подвесок
относятся эластомеры, торсионы, цилиндрические пружины, резиновые
элементы.
Использование цилиндрических пружин в качестве упругого элемента
подвески на сегодняшний день достаточно распространено. Они выполнены из
металлического прутка круглого сечения и имеют постоянную характеристику
40
жесткости. Витки равномерно сближаются по мере того как возрастает нагрузка
и возвращаются в исходное положение при ее снятии.Такие подвески
отличаются простотой изготовления, малым весом и низкой конечной
стоимостью продукта.
Резиновые элементы хорошо справляются с работой как на сжатие, так
и на отбой. Они помогают избегать ударов металлических частей подвески друг
о друга, тем самым максимально снижая величину вибрации и шума, а также
увеличивают жесткость основных элементов и ограничивают степень их
деформации.
Использование кресел с «квазинулевой жесткостью» (см. рисунок 1.9, в)
обеспечивает
расширение
области
частот
эффективной
виброизоляции.
Статическая характеристика упругого элемента таких подвесок имеет малую
крутизну
в
диапазоне
малых
перемещений.
Крутизна
характеристики
возрастает при увеличении относительного перемещения кресла.
Подвески кресел с «квазинулевой жесткостью» обладают низкой
частотой собственных колебаний, их недостатками являются значительные
перемещения и удары об ограничители при воздействии в области резонансных
частот.
Улучшение виброзащитных свойств представляется возможным путем
усложнения структуры пассивного виброзащитного подвеса кресла, а именно
введением нелинейных элементов при сохранении общей структуры подвески
кресла.
Перспективными с этой точки зрения считаются кресла с пневматической
(рисунок 1.9, г) и гидропневматической (см. рисунок 1.9, д) подвесками,
которые обеспечивают высокие виброзащитные свойства.
Принцип работы гидропневматической подвески заключается в том, что
под действием усилий, которые возникают при перемещении кресла,
гидроцилиндр вытесняет жидкость в гидропневмоаккумулятор, который в свою
очередь выполняет функции упругого элемента. При понижении давления
41
в потоке жидкости дросселем, установленным в гидролинии, происходит
рассеивание энергии.
Частота
собственных
колебаний
в
пневматических
подвесках
определяется параметрами пневмоэлемента и дополнительной емкости, которая
сообщается с пневмоэлементом через дросселирующие отверстия, выполняют
функцию диссипативных элементов. Подкачка пневмоэлемента осуществляется
от пневмосети машины или автономного микрокомпрессора с питанием от
бортовой сети 12 В.
Достоинства такового типа подвесок:
-
низкая частота собственных колебаний, 0,9…1,2 Гц;
-
обладание нелинейными свойствами, за счет чего достигается
высокая эффективность виброзащиты оператора;
-
относительная
простота
конструкции,
что
обеспечивает
надежность, долговечность, низкую стоимость при простоте обслуживания
и наладки;
-
несимметричная характеристика подвесок при ходах «сжатия»
и «отбоя», что значительно повышает комфортабельность оператора СДМ;
-
неупругое сопротивление подвесок, которое напрямую зависит от
частоты возбуждения и позволят решить проблему виброзащиты как
в резонансном, так и зарезонансном режимах работы подвески кресла
оператора .
42
Методы
2.
и
мероприятия
по
снижению
вибрации.
Основы
виброзащиты машин
2.1
Методы снижения вредного воздействия производственной
вибрации на организм человека – оператора строительно – дорожных
машин
Вибрационная защита это совокупность средств и методов уменьшения
вибрации, воспринимаемой защищаемыми объектами. Методы вибрационной
защиты можно разделить на две группы: снижающие вибрацию воздействием
на источник возбуждения и снижающие параметры вибрации на путях ее
распространения.
Выбор определенных методов и средств защиты зависит от конструкции
машины. Поэтому при разработке системы виброзащиты на первом этапе
необходимо выявить основные источники динамического воздействия, их
интенсивность, частотный диапазон, а также пути распространения вибрации
от источника до защищаемого объекта.
Источники динамических воздействий на строительно-дорожные машины
(СДМ) довольно разнообразны и могут быть условно подразделены на
механические, гидромеханические, электромагнитные и др. Различные узлы
и агрегаты машин могут быть разнообразными источниками динамических
воздействий .
Для определения путей распространения вибрации от источников
к человеку-оператору СДМ предлагается составлять блок-схемы. Все узлы
и агрегаты СДМ на блок-схемах следует представлять в виде отдельных блоков.
Источники вибрации (двигатель внутреннего сгорания (ДВС), трансмиссия,
насосная станция, элементы ходового оборудования, рабочий орган при
взаимодействии с разрабатываемым грунтом) на блок-схемах выделяют более
темными цветами – это активные блоки. Пассивные блоки, передающие
динамическое воздействие без искажения, обозначают сплошными линиями.
43
Блоки, преобразующие передаваемое динамическое воздействие, обозначают
прерывистыми линиями. Векторы передачи возмущающего воздействия
показывают линиями со стрелками (механические связи - сплошными линиями,
гидравлические - прерывистыми).
Основными источниками динамических воздействий на СДМ являются
ДВС, агрегаты и элементы ходового оборудования машины (при движении),
активный рабочий орган (АРО). ДВС является источником периодической
вибрации, основная часть спектра которой численно совпадает с частотой
вращения вала. Ходовые части машин формируют случайную вибрацию,
основная энергия которой расположена в низкочастотном диапазоне спектра.
Основные факторы, вызывающие вибрацию в ДВС:
-опрокидывающий момент от газовых сил, действующий в поперечной
плоскости;
-
опрокидывающие моменты (1-го и 2-го порядков) от сил инерции
возвратно-поступательно движущихся масс шатунно-поршневой группы;
-
неуравновешенные силы вращающихся масс;
-
неуравновешенный
момент
от
сил
инерции
возвратно
-
поступательно движущихся масс, действующий в вертикальной плоскости.
Моменты инерции 1-го порядка ДВС при частоте вращения коленчатого
вала от 1200 до 3000 об/мин формируют наиболее опасную вибрацию для
человека-оператора в диапазоне частот 20...50 Гц .
В транспортном режиме вертикальные колебания СДМ достигают
максимальных значений и имеют низкочастотный узкополосный характер
с центральной частотой спектра 1,8...2,2 Гц .
Кроме
того,
при
работе
на
СДМ
возникают
также
вибрации,
обусловленные выполняемым рабочим процессом. Например, на экскаваторах
при копании возникают толчкичастотой до 3...4 Гц, при повороте горизонтальные вибрации с частотой 1...3 Гц, а при торможении горизонтальные толчки частотой 1...1,5 Гц .
44
При работе с АРО возникают динамические нагрузки с частотой
возмущающих воздействий .
При распространении вибрации от ДВС по конструктивным элементам
машины могут наблюдаться случаи, когда собственные частоты отдельных
элементов оказываются близкими или равными частотам гармонических
составляющих возмущающих сил. При этом возникают резонансные колебания
элементов машины.
Анализ предшествующих исследований позволяет сделать вывод, что на
человека-оператора СДМ действует интенсивная вибрация двух типов:
транспортная (основной частотный диапазон 1...4 Гц) и технологическая
(основной диапазон 20...60 Гц) .
Таким образом, человек-оператор воспринимает не только динамические
воздействия со стороны кабины и кресла, а также местные
со стороны
рычагов управления гидрораспределителей (ГР), рычага коробки перемены
передач (КПП) и рулевого колеса.
Проблема снижения динамических воздействий на человека-оператора
строительно-дорожной
машины
является
актуальной
задачей,
так
как
обеспечивает не только требуемые санитарные нормы по динамическим
воздействиям на человека-оператора, но и улучшает комфортность условий его
труда, даёт возможность повысить рабочие и транспортные скорости машины
и тем самым повысить её эффективность.
Отсутствие
инженерных
методик,
математических
моделей,
программного обеспечения по снижению динамических воздействий на
рабочем месте человека-оператора не позволяет инженерными методами
снизить уровень динамического воздействия на оператора СДМ. Из-за этого
нет возможности повысить эксплуатационную эффективность СДМ.
Решение проблемы снижения динамических воздействий на человекаоператора СДМ сдерживается отсутствием научно-обоснованной методики
выбора
параметров
подвески
кабины
строительно-дорожной
техники.
Выпускаемые в настоящее время резиновые амортизаторы в основном не
45
обеспечивают снижение динамических воздействий на оператора СДМ во всём
частотном диапазоне. Необходима разработка новых устройств виброзащиты
с
переменными
параметрами,
позволяющими
осуществлять
изменение
динамических свойств подвески кабины в соответствии с изменяющимися
динамическими параметрами возмущающих воздействий.
При разработке виброзащитных систем большое внимание уделяется
виброзащите человека-оператора. Существует большое количество научной
литературы,
посвящённой
защите
человека-оператора
от
вредных
вибрационных воздействий .
Исследовав научную литературу по данной проблематике, можно сделать
вывод, что в настоящее время большинство строительно-дорожных машин
оборудованы пассивными виброзащитными системами (ВЗС) рабочего места
человека-оператора. Большому распространению именно пассивных ВЗС
способствует простота устройства, а также то, что они в процессе эксплуатации
не требуют специального технического обслуживания и подвода энергии.
Обычно эффективность виброзащиты пассивных подвесок проявляется
при
частотах
возмущающего
воздействия,
несколько
превышающих
резонансную частоту. В простых пассивных виброзащитных системах даже при
наличии гидроамортизатора на резонансной частоте амплитуда колебаний
и связанные с ней ускорения значительно превышают уровень возмущающих
воздействий на основании .
Снижение резонансной частоты пассивных подвесок в результате
уменьшения
жёсткости
упругого
элемента
имеет
ряд
ограничений
эргономического и технического характера. Поэтому даже самые совершенные
пассивные виброзащитные системы, применяемые в настоящее время на
различных машинах,
обеспечивают
эффективное
виброгашение
частот,
составляющих 3 Гц и более. К менее существенным недостаткам пассивных
виброзащитных
систем
относят
чувствительность
подвески
к
весу
изолируемого от вибрации объекта, в данном случае – человека-оператора,
а также чувствительность к внешним силам .
46
Активные виброзащитные системы представляют собой следящие
системы, которые осуществляют движение источника и объекта виброзащиты
в противофазе относительно вибрирующего основания. Эти системы стремятся
обеспечить абсолютную неподвижность объекта в заданном направлении
виброзащиты при наличии перемещения источника.
Несмотря на относительную сложность и более высокую стоимость по
сравнению с пассивными системами, активные системы виброзащиты имеют
ряд достоинств, позволяющих прогнозировать их широкое применение в тех
случаях, когда пассивные подвески не могут обеспечить эффективной
виброзащиты, особенно при низкочастотном динамическом воздействии.
К
наиболее
существенным
преимуществам
активных
систем
виброзащиты по сравнению с пассивными можно отнести:
- возможность
защиты
операторов
от
низкочастотных
возмущающих воздействий;
-высокая статическая и динамическая жёсткость, благодаря чему
эти системы практически нечувствительны к весу объекта виброзащиты
и нагрузкам, связанным с изменением усилии, действующих на каркас
виброзащитной системы;
- незначительная
зависимость
характеристик,
определяющих
виброзащитные свойства, от массы объекта виброзащиты;
- высокие виброзащитные свойства активных ВЗС в низкочастотной
области вибрационного воздействия (до 2,0 – 2,5 Гц).
В настоящее время разработано большое число схем активных
виброзащитных систем. Перспективным решением является применение
активных
гидромеханических
систем
виброзащиты,
содержащих
гидромеханические датчики ускорения и сравнивающие устройства.
Для решения задач снижения динамических воздействий на человекаоператора необходимо составить и провести исследование пространственной
расчетной схемы " СДМ – человек-оператор".
47
Основным
методом
математического
теоретических
моделирования.
исследований
Математическая
принят
модель
метод
является
идеализированным представлением объекта. Степень идеализации модели
зависит от правильности основных допущений,позволивших пренебречь
малозначимыми параметрами при исследовании физических процессов.
Анализ
предшествующих
работ
показал,
что
жёсткость
металлоконструкции рабочего оборудования в 15 – 20 раз выше жёсткостей
гидролиний. Это позволяет все элементы расчетной схемы представить как
абсолютно жёсткие стержни.
Математическое описание одноковшового экскаватора как элемента
сложной системы основано на следующих допущениях:
сочлененный
СДМ
представляет
многозвенник
с
собой
пространственный
наложенными
на
него
шарнирно-
упруговязкими
динамическими связями;
-связи в колебательной системе СДМ, являются стационарными;
-элементы рабочего оборудования представлены как абсолютно
жёсткие стержни с сосредоточенными массами;
-люфты в шарнирах отсутствуют;
-силы сухого трения в гидроцилиндрах отсутствуют;
-элементы ходового оборудования имеют постоянный контакт
с грунтом.
Математическая модель системы “ СДМ – человек-оператор” является
математической
моделью
системы
с
нелинейными
характеристиками
и представляет систему дифференциальных уравнений с переменными
коэффициентами, являющимися функциями конструктивных параметров. Что
позволит решить поставленные задачи анализа и синтеза.
Для проверки модели в контексте проведенного исследования проводят
эксперимент,
который
направлен
на
подтверждение
адекватности
математической модели, определение численных значений коэффициентов для
48
расчета
математической
модели
на
ПК
и
оценку работоспособности
и эффективности инженерных разработок.
Адекватность
математической
модели
можно
подтвердить
путем
сравнения основных параметров переходных процессов, полученных на ПК
и реальных строительно-дорожных машинах.
2.2
Мероприятия по снижению воздействия вибрации
Наиболее эффективными являются средствами коллективной защиты.
Виброзащита осуществляется следующими основными методами :
- снижением виброактивности источника вибрации;
- применением вибродемпфирующих (вибропоглощающих) покрытий,
приводящих
к
снижению
интенсивности
пространственной
вибрации
конструкции за счет рассеяния энергии механических колебаний;
- виброизоляцией, когда между источником и защищаемым объектом
размещается дополнительное устройство, так называемый виброизолятор.
Различают вибрацию при силовом и кинематическом возбуждении;
- динамическим гашением вибрации, при котором к защищаемому
объекту присоединяется дополнительная механическая система, изменяющая
характер его колебаний. Средства реализации этого метода: динамические
виброгасители и фундаменты (основания);
- активным гашением вибрации, когда для виброзащиты используется
дополнительный источник, который в сравнении с основным источником
генерирует колебания той же амплитуды, но противоположной фазы.
К
организационно-техническим
мероприятиям по
профилактике
вибропоражений относятся: замена операций, требующих применения ручных
машин, автоматизацией процессов и их дистанционным
управлением;
максимальное применение прессовой и односторонней клепки взамен ударной;
уменьшение удельного веса обрубных работ за счет внедрения точного литья,
дробеструйной чистки литья, газопламенной резки и электроискровой
и электрохимической обработки; применение самоходного оборудования
49
с
автоматическим
управлением
взамен ручного бурения; механизация
процессов ручной формовки; дистанционное управление бетоноукладчиков
и
пр.,
а
также
планово-предупредительный
ремонт
и
контроль
за вибрационными параметрами.
Планово-предупредительный ремонт и контроль за вибрационными
параметрами
заключается
в
том,
что
ручные
машины,
находящиеся
в эксплуатации, не реже чем 1 раз в 6 мес. должны проверяться на соответствие
их
вибрационных
параметров
паспортным
данным.
Все
результаты
контрольных измерений вибрации машины, отметки о ремонте и профилактике
вносятся в специальный журнал и индивидуальный паспорт машины. Ручные
машины должны быть индивидуально закреплены за работающими, храниться
в специально отведенных местах, регулярно смазываться.
К техническим мероприятиям относится создание новых конструкций
инструментов и машин, вибрация которых не должна выходить за пределы
безопасной для человека, а усилие, прикладываемое руками работающего
к ручной машине, должно быть в пределах 15...20 кг, создание клепальных,
рубильных,
отбойных,
бурильных
и
других конструкций,
в
которых
используются различные принципы виброзащиты: изменение внутреннего
цикла работы молотков, выбор рациональных параметров ударного узла,
применение различных демпфирующих приспособлений.
Для защиты левой руки от вибрации вставного инструмента применяются
виброгасящие насадки из губчатой резины, пластмассы в комбинации
с пружинными амортизаторами, подобные насадки используются и для защиты
от
вибрации
рукояток
шлифовальных
машин.
Уменьшения
вибрации
шлифовальных и других инструментов вращательного действия можно
добиться тщательной регулярной балансировкой абразивных кругов и насадок,
регулярной заменой кругов с нарушенными поверхностями, создающими
дисбаланс.
50
Для уменьшения вибрации, передаваемой на рабочие места, применяются
специальные амортизирующие сиденья, площадки с пассивной пружинной
изоляцией, резиновые, поролоновые и другие виброгасящие настилы.
Расчет
фундаментов
и
виброизоляционных
средств
на
стадии
проектирования является кардинальным средством снижения общей вибрации
при установке мощных машин и агрегатов.
Гигиенические, лечебно-профилактические и правовые мероприятия. В
соответствии
с
рекомендациями
к
разработке
положения
о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта
с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарной
норме, на протяжении смены не должно превышать 2/3 длительности рабочего
дня. Операции должны распределяться между работниками так, чтобы
продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы,
не превышала 15–20 мин. Рекомендуются при этом два регламентированных
перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по
специальному комплексу, гидропроцедур): 20 мин (через 1–2 ч от начала
смены) и 30 мин (через 2 ч после обеденного перерыва).
Режим труда должен устанавливаться при показателе превышения
вибрационной нагрузки на оператора не менее 1 дБ (в 1,12 раза), но не более
12 дБ (в 4 раза).
При показателе превышения более 12 дБ (в 4 раза) запрещается
проводить работы и применять машины, генерирующие такую вибрацию.
К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица
не моложе 18 лет, получившие соответствующую квалификацию и сдавшие
технический минимум по правилам безопасности выполнения работ. При
приеме на работу они должны проходить предварительный медицинский
осмотр, а в процессе работы – периодические осмотры не реже 1 раза в год
в соответствии с приказом министра здравоохранения.
Работа с вибрирующим оборудованием, как правило, должна проводиться
в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16°С при
51
влажности 40...60% и скорости его движения не более 0,3 м/с. При
невозможности создания подобных условий (работа на открытом воздухе,
подземные работы и т. п.) для периодического обогрева должны быть
предусмотрены специальные отапливаемые помещения с температурой воздуха
не менее 22°С, относительной влажностью 40...60% и скоростью движения
воздуха 0,3 м/с.
Для повышения защитных свойств организма, работоспособности
и трудовой активности следует использовать специальные
комплексы
производственной гимнастики, витаминопрофилактику (два раза в год
комплекс витаминов С, В; никотиновая кислота), спецпитание. Целесообразно
проведение
в
гидропроцедур,
середине
или
сочетающих
в
конце
ванночки
рабочего
при
дня
5–10-минутных
температуре
воды
38°С
и самомассаж для верхних конечностей.
Средства индивидуальной защиты. В качестве индивидуальных средств
защиты
от
вибрации
применяются
гасящие
вибрацию
рукавицы,
виброзащитная обувь, виброзащитные платформы, сиденья и рукоятки.
В настоящее время требования к защитным рукавицам и обуви с применением
упругодемпфирующих материалов впервые регламентируются специальными
ГОСТами. Стандартизируются эффективность гашения вибрации, толщина
упругодемпфирующего материала, преимущественная область применения
и другие требования к защитным изделиям этого типа. Виброзащитная обувь
изготавливается
в
виде
сапог,
полусапог
и
полуботинок
с упругодемпфирующим низом обуви и применяется в условиях общей
вибрации.
52
2.3 Основы виброзащиты машин
Повышение
быстроходности
машин,
характерное
для
развития
машиностроения, неизбежно приводит к повышению уровня создаваемых
динамических воздействий. Это проявляется в увеличений динамических
напряжений в элементах машин, снижении их несущей способности, появлении
усталостных напряжений.
Особенно сложны проблемы виброзащиты в современных транспортных
средствах (летательные аппараты, колесные и гусеничные машины, морские
суда и т.д.). Создатели новых машин могут по разному подходить к решению
проблемы виброзащиты. Так защищая водителя от вибрационных воздействий,
конструктор может пойти по пути снижения колебаний массы со всеми
установленными на нем агрегатами, или по пути уменьшения колебаний только
одного сидения механика-водителя.
эффективность
решения
Очевидно, что во втором случае
достигается
более
простыми
техническими
средствами, чем в первом случае.
Виброзащита - это совокупность методов и средств, уменьшающих
вредное влияние вибраций. Создание виброзащитных устройств, позволяющих
эффективно решать поставленные перед ними задачи при ограниченных
массовых и геометрических характеристиках, является сложной технической
задачей, решение которой оказывается возможной только при всестороннем
учете характера возмущений и особенностей динамики, создаваемых систем,
Все это привело к возникновению и развитию большого самостоятельного
раздела динамики машин - теории виброзащитных систем.
Основные методы виброзащиты.
Уменьшение интенсивности колебаний объекта может быть достигнуто
следующими способами:
1.
Уменьшением уровней механических воздействий, возбуждаемых
источником
(такой
способ
виброзащиты
называется
снижением
53
виброактивности
источника).Для
этого
осуществляют
уровновешивание
рычажных механизмов и балансировку роторов, о чем мы говорили на
предыдущих лекциях.
2.
Изменением
конструкции
объекта,
при
котором
заданные
механические воздействия будут вызывать менее интенсивные колебания
объекта или отдельных его частей (этот метод называется внутренней
виброзащитой объекта)
3.
Присоединению к объекту дополнительной динамической системы,
изменяющий характер его колебаний, Такая система называется динамическим
гасителем колебаний, а метод защиты, основанный на ее применении, динамическим гашением колебаний.
4.
Установкой
между
объектом
и
источником
колебаний
дополнительной системы, изменяющей характер его колебаний.
Этот метод виброзащиты называется виброизоляцией, а устройства,
устанавливаемые
между
источником
и
объектом
-
виброизоляторами
(виброизолирующими устройствами).
Виброизоляция.
Действие
виброизоляции
сводится
к
ослаблению
связей
между
источником и объектом; при этом уменьшаются динамические воздействия,
передаваемые объекту.
Ослабление связей обычно сопровождается возникновением некоторых
нежелательных явлений:
 увеличением статических смещений объекта относительно источника;
 увеличением амплитуд относительных колебаний при низкочастотных
воздействиях;
Поэтому
применение
виброизоляции
как
метода
виброзащиты,
в большинстве случаев связано с нахождением компромиссного решения,
удовлетворяющего всей совокупности требований.
54
Давайте рассмотрим случай виброизоляции с помощью упругих
амортизаторов.
Принципиальная схема вибразащитной системы представлена на рисунке
2.
Рисунок 2 – Случай силового возбуждения
Между основанием и амортизируемым объектом
устанавливается
упругий амортизатор (или упругие амортизаторы)
К амортизируемому объекту приложена внешняя сила (F(t)). Ставится
задача снизить динамические силы, передаваемые на основание, за счет
введения в систему упругих амортизаторов.
Поведение
системы
описывается
следующим
дифференциальным
уравнением:
m  x  F (t )  R( x, x)
(2.1)
где m - масса амортизированного объекта; х - обобщенная координата;
F(x) - внешняя сила, приложенная к объекту; R( x, x) - сила, приложенная
к массе со стороны упругого амортизатора.
Простейшими примерами таких воздействий могут служить:
а) гармоническая вынуждающая сила
55
F0
F  F0 (sin t   )
- амплитуда колебаний;
 - круговая частота (рад/с);
t - фаза колебания;
T
f 
2
 - период колебаний, с;
1 

T 2 - частота колебаний, Гц.
Рисунок 2.1
В более сложных случаях воздействие на массу "m" может быть описано
конечной (или бесконечной) суммой гармонических компонентов. Тогда:
N
F (t )   Fi  (cos i t  1 )
i 1
(2.2)
Такое вибрационное воздействие принято называть полигармоническим.
Существует множество различных видов ударных воздействий, но о них из-за
краткости курса мы говорить не будем. Ограничимся рассмотрением случая,
когда на массу "m" действует гармоническая вынуждающая сила, описываемая
уравнением:
F  F0 cos t
(2.3)
Этапы решения задач виброзащиты.
 построение модели объекта;
 формирование критериев качества;
 изучение реакции объекта на заданное внешнее воздействие;
 сравнение
по
заданному
критерию
результирующих
показателей
с допустимыми величинами.
Простейшие задачи виброизоляци возникают в том случае, когда
совокупность сил в реальном упругом амортизаторе может быть с достаточной
точностью описана как линейная функция координатых и скорости x :
56
R( x, x)  cx   x
(2.4)
Коэффициент "с" принято называть жесткостью амортизатора, а "  "
-коэффициент вязкого трения (демпфирования). С учетом (2.4) уравнение (1)
примет вид:
mx   x  cx  F0 cos t
(2.5)
c

  02 ;  2n
m
Обозначим m
и перепишем (2.5) следующим образом:
x  2nx   02 x 
Ограничимся
анализом
F0
cos  t
m
(2.6)
работы
вибразащитной
системы
в
установившемся режиме. В этом случае решение уравнение (2.6) может быть
представлено в виде:
x  A  cos( t   )
(2.7)
где А - амплитуда колебаний массы "m";  - сдвиг фаз между
колебаниями массы "m" и внешней силой F(t). При этом амплитуда колебаний:
A
F0
m  (   2 ) 2  4n 2 2 (2.8)
2
0
и сдвиг фаз колебаний массы m1 и силы F(t):
tg =
2n
 02   2
Оценку качества виброизоляции целесообразно проводить, сопоставляя
амплитудное значение силы R0 , развиваемой в амортизаторе и, следовательно,
передаваемой на основание, с амплитудным значением внешней силы F0 .
Отношение амплитудного значения силы r0 к амплитудному значению
внешней
KR 
силы
F0,
называется
коэффициентом
виброизоляции
R0
.
F0
Амплитудное значение силы, развиваемой в упругом амортизаторе:
57
R0 
F0  c 2   2 2
m  (02   2 )2  4n2 2
KR 

F0  04  4 2 n 2
m  (02   2 )2  4n2 2
04  4 2 n 2
R0

F0
(02   2 )2  4n 2 2 (2.9)
Используя понятие относительного коэффициента затухания

n
0
можно привести выражение K R к виду, удобному для анализа:
2
 
1  4  
 0 
KR 
2 2
2
   
2  
1      4  
  0  
 0 


2
Из
анализа
KR
виброизоляции
(вынужденной
(расстройка) и
и

выражения
явным
образом
собственной).
Для
(2.10)
зависит
(2.10)
видно,
от
различных
что
коэффициент
соотношения
соотношений:
n
 0 построены графики на рисунке 2.2.
Условие эффективности виброзащиты K R  1 :

 2


0
 Виброизоляции эффективна при любом в диапазоне

 2

0
 При
чем меньше  , тем эффективнее виброизоляция.
частот
 
 
 0 
2
-
58
Рисунок 2.2 – График для различных соотношений
Вывод: Виброизоляция эффективна для уменьшения вредного влияния
вибрации в широком частном диапазоне.
Кинематическое возбуждение m
Если
перед
проектировщиком
ставится
M:
задача
защиты
объекта,
находящегося на вибрирующем основании, то в простейшем случае и в рамках
сделанных
выше
предположений
данная
задача
сводится
к
анализу
динамической схемы, представленной на рис. 2.3
Рисунок 2.3- Динамическая схема
Дифференциальное уравнение, описывающее колебание массы "m",
может быть записано в виде:
mx   ( x  s)  c( x  s)  0
59
где S(t) - перемещение основания.
Данное уравнение можно представить в виде:
mx   x  cx   s  cs  F (t ) (2.11)
Если S(t) представляет собой монохроматические колебания, то член F(t),
стоящий в правой части уравнения (2.11) приобретает смысл гармонической
возмущающей силы.Очевидно, что анализ уравнения (12.11) аналогичен
анализу уравнения (2.5), проведенному ранее. Совпадают и вытекающие из
этого анализа рекомендации.
Динамическое гашение колебаний
Динамический
гаситель,
присоединяемый
к
объекту,
формирует
дополнительные динамические воздействия. Прикладываемые к объекту
в точках присоединения гасителя. Динамическое гашение осуществляется при
таком выборе параметров гасителя, при котором эти дополнительные
воздействия
частично
уравновешивают
(компенсируют)
динамические
воздействия, возбуждаемые источником.
Схема простейшего динамического виброгасителя представлена на рис.
2.4.
На массу m1 , упруго соединенную с основанием, действует
приложенная
сила
F(t),
которую
будем
в
дальнейшем
полагать
монохроматической.
F  F0  cos t
Рис. 2.4- Схема простейшего динамического виброгасителя
60
Задача ставится следующим образом: выяснить возможность снижения
амплитуды колебаний массы "m1" за счет введения дополнительной массы "m2 "
, упруго соединенной с массой m1.С целью упрощения задачи полагаем, что
система недиссипативна, т.е. рассеяние энергии в упругих связях не
происходит.
Дифференциальные уравнения, описывающие движения масс "ml" и "m2",
могут быть записаны в виде:
m1 x  c1 x1  c2 ( x1  x2 )  F0 cos t
m2 x2  c2 ( x1  x2 )  0
(2.12)
Поскольку система недиссипативна, то колебания отдельных масс либо
совпадают по фазе с внешней возмущающей силой, либо находятся с ней
в противофазе (сдвиг 180 градусов).
Частное решение системы (2.12) может быть представлено в виде:
x1  A  cos  t
x2    A  cos  t
(12.13)
где  - коэффициент распределения амплитуд колебаний.
Величину  определяем, подставив соотношение (12.12) во второе
уравнение (12.13)

c2
c2  m2 2
(2.14)
Для искомого периодического решения системы (2.13) справедливо
равенство:
x2    x1
(2.15)
Подставляя (12.14) в первое уравнение системы (12.11) получим:
m1 x1   c1  c2  (1  )   x1  F0 cos t
(2.16)
Решение системы линейных дифференциальных уравнений может быть
сведено к интегрированию одного линейного дифференциального уравнения
второго порядка вида (2.15):
Нетрудно получить
61
F0   c2  m2 2 
F0
A

c1  c2  1     m1 2  c1  c2  m1 2    c2  m2 2   c22
(2.17)
Знаменатель дроби может обращаться в нуль при изменении параметров
системы, т.е.
c  c
1
2
 m1 2    c2  m2 2    c2   c
2
Данное уравнение является частным уравнением системы, у которого два
корня 1 и  2 , являющиеся частотами собственных колебаний системы. В нуль
может обращаться и числитель дроби в правой части соотношения (2.17),т.е.
c2  m2 2  0 (2.18)
Обозначим эту частоту через  A . Очевидно,
 A2 
c2
m2
При вьшолнении соотношения (2.17) амплитуда А колебаний массы ml
обращается в нуль, и, следовательно, масса ml становится неподвижной. Это
явление называется антирезонансом, а частоту  A , при которой это происходит
- частотой антирезонанса.
Частота антирезонанса совпадает с частотой собственных колебаний
массы m2 при неподвижной массе ml. Неподвижность массы ml в точке
антирезонанса гарантируется только выполнением соотношения (2.18).
Определим амплитуду колебаний массы m2. Из соотношения (2.16)
и (2.17) получим:
A 
При
  A 
c2
m2
F0 c2
 c1  c2  m1    c2  m2 2   c22
2

A 
 F0
c2
Очевидно, что если масса m2 оказывается малой, то при
фиксированной  A жесткость c2 также мала и большой оказывается амплитуда
 A . Чтобы её уменьшить, приходится увеличивать массу m .
2
62
3.
Улучшение виброзащитных свойств и расчёт виброзащитного
сиденья оператора
3.1 Улучшение виброзащитных свойств, повышение надежности и
удобства эксплуатации сиденья СДМ
Известна подвеска транспортного средства, содержащая основание,
каркас, наклонно расположенные опорные рычаги, связанные одними концами
с шарнирно закрепленной на основании трубой, внутри которой установлен
торсион, а другими концами - с осью, на концах которой смонтированы ролики,
перемещающиеся в продольных направляющих, стабилизирующие рычаги,
шарнирно соединяющие каркас с основанием, и механизм регулировки
жесткости торсиона, причем подвеска снабжена кулачком, присоединенным
к трубе, а с основанием связаны салазки, оборудованные ограничителем,
подвижно
установленным
ограничитель
выполнен
в
в
них
виде
и
взаимодействующим
обоймы,
внутренней
с
кулачком:
поверхностью
сопряженной с профилем кулачка и связанной с основанием сиденья
посредством, например, винтовой передачи.
Недостатком
известной
конструкции
является
сложность
параллелограммной конструкции подвески, имеющей большое число узлов
сопряжения, и как следствие, - повышенное сухое трение в них и опорах
торсиона, снижающее эффективность гашения вибраций. Кроме этого, частота
свободных колебаний подвески зависит от массы оператора, что ведет
к непостоянству эффективности гашения вибраций. Неудобна регулировка
нагрузочной способности подвески в зависимости от массы оператора и для ее
осуществления требуется много времени.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сиденье
водителя транспортного средства, например, строительно-дорожной машины,
содержащее основание и подпружиненную раму с роликами, несущую подушку
и спинку, перемещаемый относительно основания каркас с фиксатором его
положения, на котором размещена подпружиненная рама с роликами,
63
состоящая из каретки с фигурными прорезями на боковых сторонах
и перемещаемой относительно нее рамкой L-образной опоры для подушки
и спинки, вертикальные участки которой расположены внутри каретки
и оборудованы также фиксаторами, взаимодействующими с фигурными
прорезями каретки. Каждый фиксатор опоры для подушки и спинки выполнен
в виде поворотной оси с рукояткой и параллельными скосами, а фигурные
прорези в каретке имеют прямолинейные участки, ширина которых равна
расстоянию между скосами. Фиксатор положения каркаса выполнен в виде
П-образного
подпружиненного
рычага,
шарнирно
установленного
на
основании, а в основании и каркасе выполнены пазы, в которых расположены
концы указанного подпружиненного рычага.
Известное сиденье недостаточно удобно в эксплуатации вследствие
низкой оперативности регулировки в зависимости от массы водителя.
Эффективность гашения вибрации известного сиденья ограничена большим
трением в направляющем устройстве, на ролики которого, вследствие
консольного расположения подушки сиденья, действуют большие усилия.
Недостатком является и непостоянство частоты собственных колебаний
подвеса при изменении массы оператора.
Технической задачей является улучшение виброзащитных свойств,
повышение надежности и удобства эксплуатации сиденья.
Поставленная задача достигается тем, что виброзащитное сиденье,
имеющее основание, подвижно связанную с ним посредством жестких звеньев
и шарниров раму с подушкой и спинкой, ограничители перемещения рамы по
высоте и стационарно установленные между основанием и рамой пружины,
снабжено дополнительными пружинами и виброизоляторами, каждый из
которых выполнен в виде S-образно изогнутого стержня и закреплен своими
концами на стяжках горизонтальных консолей L-образных основания и рамы,
при этом оси виброизоляторов лежат в плоскостях, параллельных осям жестких
звеньев, которые равны по длине и установлены на основании и раме
параллельно друг другу, а каждая дополнительная пружина закреплена одним
64
концом в нижней части рамы и снабжена на другом конце Т-образной планкой
с отверстием, которая установлена в U-образных пазах рамы и может
взаимодействовать
с
одним
из
стержней,
которые
расположены
с возможностью продольного перемещения во втулках, жестко закрепленных
на основании соосно отверстиям Т-образных планок, при этом каждая втулка
снабжена поперечным пазом, в котором установлен взаимодействующий
со стержнем подпружиненный фиксатор, а виброизоляторы выполнены
из проволочного материала, например, из отрезков стального каната.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое
сиденье отличается от прототипа конструкцией, наличием виброизоляторов,
а также регулировкой жесткости и нагрузочной способности. Таким образом,
предлагаемое сиденье соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями
в данной области техники не позволило выявить решений со сходными
признаками,
что
позволяет
сделать
вывод
о
соответствии
критерию
"существенные отличия". На Рисунке 3.1 изображено предлагаемое сиденье,
вид сбоку; на рисунке 3.2 - вид сзади; на рисунке 3.3 - разрез А-А на рисунке
3.1; на рисунке 3.4 - разрез Б-Б на рисунке 3.3.
Рисунок 3.1- Сиденье, вид сбоку
65
Рисунок 3.2.- Сиденье,вид сзади
Рисунок 3.3- разрез А-А на рисунке 3.1
66
Рисунок 3.4. - разрез Б-Б на рисунке 3.3.
Сиденье состоит из L-образного основания 1, на котором посредством
жестких звеньев 2 и 3 с шарнирами 4, виброизоляторов 5 и пружин 6 подвижно
установлена L-образная рама 7 с подушкой 8 и спинкой 9. Основание 1 и рама 2
состоят из жестко соединенных между собой посредством косынок и стяжек
горизонтальных консолей и стоек. Каждый из виброизоляторов 5 выполнен в
виде S-образно изогнутого стержня и закреплен своими концами на стяжке 10,
соединяющей горизонтальные консоли 11 рамы 7, и стяжке 12, соединяющей
горизонтальные консоли 13 основания 1, при этом оси виброизоляторов 5 лежат
в плоскостях, параллельных осям звеньев 2 и 3. Виброизоляторы 5 изготовлены
из проволочного материала, например, отрезков стального каната. Пружины
6 стационарно закреплены одним концом на стяжке 14, соединяющей стойки 15
основания 1, а другим - на горизонтальной консоли 11 рамы 2. Каждая из
дополнительных пружин 16 закреплена нижним концом на горизонтальной
консоли II рамы 7, а на другом конце снабжена Т-образной планкой 17
с отверстием 18, которая установлена в U-образных пазах планок 19, жестко
закрепленных на стяжке 20 рамы 7. Соосно отверстиям 18 на стяжке 14 рамы 1
жестко закреплены втулки 21, в которых установлены с возможностью
продольного перемещения стержни 22 с ручками. Каждая втулка 21 снабжена
67
поперечным пазом 23, в котором установлен подпружиненный фиксатор 24,
взаимодействующий с проточками 25 стержня 22. На основании 1 и раме 7
установлены верхний и нижний ограничители перемещения рамы 7 по высоте,
которые на чертежах не показаны.
Сиденье работает следующим образом. При отсутствии внешней
нагрузки (веса оператора) рама 7 за счет предварительного поджатия
виброизоляторов 5 и предварительного растяжения пружин 6 поджата
к верхнему ограничителю и занимает крайнее верхнее положение. При этом оси
стержней 22 соосны осям отверстий 18 Т-образных планок 17, которые
удерживаются в U-образных пазах планок 19 за счет предварительного
растяжения пружин 16. Каждый из стержней 22 может занимать два
устойчивых положения "Включено" и "Выключено", которые обеспечивает
подпружиненный фиксатор 24,
взаимодействующий с
проточками 25.
В положении "включено" конец стержня 22 входит в отверстие 18 Т-образной
планки 17 и при перемещении рамы 7 вниз относительно основания 1
взаимодействует с планкой 17 и соединенной с ней пружиной 16. В положении
"Выключено" конец стержня 22 не взаимодействует с планкой 17.
В зависимости от положения стержней 22 возможны следующие
варианты работы при приложении внешней нагрузки.
Если все стержни 22 находятся в положении "Выключено", то при
опускании рамы 2 относительно основания 1 нагрузку воспринимают
виброизоляторы 5 и пружины 6. Жесткость сиденья в этом случае минимальна
и определяется суммарной жесткостью виброизоляторов 5 и пружин 6,
а нагрузочная характеристика обеспечивает удержание оператора малой массы.
Если один из стержней 22 находится в положении "Включено", то его
конец входит в отверстие 18 Т- образной планки 17 и при опускании рамы 7
относительно основания 1 планка 17 взаимодействует с концом стержня 22.
При этом планка 17 выходит из U-образных пазов планок 19 и происходят
деформация и нагружение пружины 16. В этом случае жесткость сиденья
определяется суммарной жесткостью виброизоляторов 5, пружин 6 и одной
68
пружины 16. Такой режим работы используется при защите операторов средней
массы.
Если оба стержня 22 находятся в положении "Включено", то суммарная
жесткость сиденья максимальна и определяется жесткостью виброизоляторов 5,
пружин 6 и двух пружин 16. Такой режим работы используется при защите
операторов максимальной массы.
Таким образом, регулировка жесткости и нагрузочной способности
сиденья осуществляется ступенчато путем изменения положения стержней 22.
Эта регулировка занимает мало времени и не требует больших усилий (усилие
перемещения стержней 22 задается подпружиненными фиксаторами 24).
Заметим, что частота свободных колебаний подвеса определяется как
 = √ ⁄
(3.1)
где c - жесткость подвеса; m - суммарная масса рамы 7 и оператора.
Вследствие одновременного изменения жесткости подвеса и его
нагрузочной массы собственная частота изменяется в незначительных
пределах,
что
позволяет
обеспечить
эффективность
виброзащиты
вне
зависимости от массы оператора.
Высокая
эффективность
виброзащиты
также
обусловлена
низкой
собственной частотой подвеса, что обеспечивается его малой жесткостью.
Характеристика виброизоляторов 5 имеет участок пониженной жесткости.
Характеристики
способность
при
пружин
малой
линейны,
жесткости
поэтому
необходимая
достигается
их
нагрузочная
предварительным
нагружением. Необходимое демпфирование обеспечивает внутреннее трение в
материале виброизоляторов 5.
При работе упругого подвеса оси звеньев 2 и 3, связанные с рамой 7,
описывают окружность радиусом R, равным длине звеньев 2 и 3. Если длина l
виброизолятора 5 в ненагруженном состоянии определена из соотношения l =
R/0,8, то подвижный конец виброизолятора 5 при его вертикальной
69
деформации для заданных граничных условий будет также описывать
окружность радиуса R. Поэтому выполнение названного соотношения
обеспечивает
большую
долговечность
виброизолятора
5
и
отсутствие
дополнительных нагрузок на шарниры 4 устройства. Снижению нагрузок на
шарниры 4 устройства способствует приложение реакций виброизоляторов
5 и пружин, что сближает центр жесткости, и вектор внешней нагрузки тем
самым уменьшает опрокидывающий момент, действующий на сиденье. Малые
нагрузки в шарнирах устройства позволяют практически исключить сухое
трение
в
системе,
что
повышает
виброзащитные
свойства
сиденья
и увеличивает его долговечность.
Сиденье виброзащитное, содержащее основание, подвижно связанную
с ним посредством жестких звеньев и шарниров раму с подушкой и спинкой,
ограничители перемещения рамы по высоте и стационарно установленные
между основанием и рамой пружины, отличающееся тем, что оно снабжено
дополнительными пружинами и виброизоляторами, каждый из которых
выполнен в виде S-образно изогнутого стержня и закреплен своими концами на
стяжках горизонтальных консолей L-образных основания и рамы, при этом оси
виброизоляторов лежат в плоскостях, параллельных осям жестких звеньев,
которые равны по длине и установлены на основании и раме параллельно друг
другу, а каждая дополнительная пружина закреплена одним концом в нижней
части рамы и снабжена на другом конце Т-образной планкой с отверстием,
которая установлена в U-образных пазах рамы и может взаимодействовать
с
одним
из
стержней,
расположенных с
возможностью
продольного
перемещения во втулках, жестко закрепленных на основании соосно
отверстиям Т-образных планок, при этом каждая втулка снабжена поперечным
пазом,
в
котором
установлен
взаимодействующий
со
стержнем
подпружиненный фиксатор.
Сиденье
виброзащитное
отличающееся
тем,
что
виброизоляторы
выполнены из проволочного материала, например отрезков стального каната.
70
3.2 Расчёт виброзащитного сиденья оператора
Вибрация – один из основных вредных производственных факторов,
поэтому необходимо создание технических средств защиты производственного
персонала от её воздействия. Достаточно эффективным и технически простым
средством защиты оператора строительных и дорожных машин является
виброзащитное сиденье, закреплённое на рамной конструкции, с упругим
резиновым элементом. Недостатком такого сиденья является невысокая
эффективность вследствие малого динамического хода подвески сиденья
и высоких значений собственной частоты (около 20 Гц), лежащих в диапазоне
резонансных частот рамы. В результате на рабочем месте наблюдается
повышенная
вибрация,
превышающая
нормативные
значения.
Поэтому
актуальна проблема создания виброзащитного сиденья с низкой частотой
собственных колебаний системы подвеска–оператор, находящихся в диапазоне
2–5 Гц, т.е. ниже значений частот опорной рамной конструкции. Кроме того,
виброзащитная
подвеска
сиденья
должна
обладать
равночастотными
свойствами, т.е. при изменении нагрузки до 50% (масса операторов 60–90 кг)
частота колебаний должна меняться незначительно.
Рисунок 3.5 Схема сиденья с направляющим механизмом
параллелограммного типа: 1 — основание; 2 и 4 — нижний и верхний
кронштейн; 3 и 9 — направляющее и амортизирующее устройство; 5 —
косынка; 6 — планка; 7 — подушка; 8 — спинка.
71
Разработанное виброзащитное сиденье (Рисунок 3.5) сдержит основание
1, каркас 4 с подушкой 7 и спинкой 8, связанные между собой посредством
направляющего механизма 3 в виде параллельно расположенных верхней
и нижней пары звеньев, концы которых шарнирно закреплены соответственно
на верхнем 4 и нижнем 2 кронштейнах основания и каркаса сиденья. Нижний
кронштейн основания усилен косынкой 5, которая связана посредством планки
6 с основанием амортизирующего устройства 9.
Рисунок 3.6 Амортизирующее устройство с маятниковым подвесом.
Амортизирующее устройство (Рисунок 3.6) содержит упругий элемент
19, взаимодействующий с основанием 10 и маятниковым подвесом 18.
Основание выполнено в виде нижней 11 и верхней 16 пластин, соединённых
между собой стойками 12. Маятниковый подвес 18 выполнен в виде болта 23 со
сферической головкой 14 на одном его конце и гайкой 22 (имеющей
сферический профиль), соединённой с ним, на другом. Оба сферических
профиля
маятникового
подвеса
взаимодействуют
с
коническими
поверхностями 13 и 24 нижней 15 и верхней 25 пластин соответственно.
Упругий элемент выполнен в виде пакета последовательно соединённых блоков
72
тарельчатых упругих элементов, каждый блок 20 которых выполнен в виде
двух тарельчатых элементов 20, соединённых по внешнему диаметру
с помощью кольца 19 Т-образного профиля, а по внутреннему – с помощью
втулки 17, внутренняя поверхность которой взаимодействует с внешней
поверхностью трубы 26, одним концом жёстко закреплённой на верхней
пластине 16 основания 10, а другим входит по скользящей посадке
в направляющую 21.
Сиденье оператора работает следующим образом. Колебания оператора
посредством направляющего механизма 3 передаются на амортизирующее
устройство 9 (см. рисунок 3.5). При этом упругий элемент 19 воспринимает
вертикальные нагрузки, ослабляя динамическое воздействие. Горизонтальные
нагрузки воспринимаются маятниковым подвесом, благодаря сферическим
профилям которого обеспечивается дополнительная виброизоляция оператора.
Расстояния b (между осями шарниров направляющего механизма) и d (между
осями шарниров в верхнем кронштейне каркаса сиденья и осью маятникового
подвеса амортизирующего устройства) находятся в оптимальном соотношении
 ⁄ = 2,5 … 3,5.
Виброзащитная подвеска сиденья содержит механизм стабилизации
крена, состоящий из цилиндрического корпуса, к которому крепится подушка
сиденья и двух кареток с упругими элементами, причём корпус через ось
соединён с параллелограммным механизмом, состоящим из подвижной
и неподвижной П - образных скоб. Рычаги параллелограммного механизма
расположены в опорах качения, а упругий элемент имеет возможность
настройки жёсткости системы, соответствующей весу оператора, посредством
регулирующего механизма. Вертикальные вибрации, передаваемые на сиденье,
гасятся одним упругим элементом, а горизонтальные – двумя упругими
элементами в механизме стабилизации крена.
Рассмотрим расчётную схему виброизолированной подвески сиденья
с учётом биомеханических характеристик тела оператора, представляющую
73
собой двухмассовую упругоинерционную систему с демпфированием (Рисунок
3.7).
Рисунок 3.7 Расчётная схема системы оператор-сиденье
Введём следующие обозначения: для оператора:m1 – масса; c1 –
жесткость; 1 =
демпфирование;
ℎ1
2
√11
- относительное демпфирование; h1 – абсолютное
для подвески сидения :m2 – масса, с2 – жесткость; b2 –
относительное демпфирование; h2- абсолютное демпфирование.
Динамический гаситель колебаний, включающий в себя все параметры
колебательной системы (m1, c1, b1), с наибольшей достоверностью имитирует
поведение тела человека-оператора в реальных условиях,
то есть является
инерционным упругим элементом с демпфированием. Для выбранной модели
динамика рассматриваемой системы виброизоляции описывается следующей
системой дифференциальных уравнений:
{
1 21 + 1 (1 − 2 ) = 0
(1)
2 22 + 1 (2 − 1 ) + 1(2 − 1 ) + 2 (2 − ) + 2(2 − ) = 0
Для анализа виброизолирующих свойств системы введём передаточную
функциюT(s) по каналу виброскорость основания- виброскорость сиденья, где
 =  — комплексная частота; j — мнимая единица; w — круговая частота
колебаний.
74
Передаточную функцию T(s) можно определить решением системы
уравнений
(1) с
помощью соответствующих преобразований Лапласа.
В результате этого
() =
2

= (
1
(1  2 +1 +1 )(2 +2 )
2 + + )(  2 + + + + )−( + )2
1
1
2
1
1
2
2
1
1
(2)
В результате последующих преобразований передаточную функцию
можно
представить
в
более
удобном
для
проведения
исследований
характеристик процесса виде
() = (0  3 + 1  2 + 2  + 3)⁄(0  4 + 1  3 + 2  2 + 3  + 4)
Где
0 = 1 2 ; 1 = 1 2 + 12 ;
2 = 2 1 + 1 2; 3 = 12;
0 = 12 ; 1 = 1 2 + 11 + 12 ;
2 = 12 + 11 + 1 2 + 1 2;
3 = 1 2 + 1 2; 4 = 12
Для теоретического исследования динамических характеристик системы
оператор-сиденье была разработана соответствующая программа расчёта на
языке программирования «СИ++». Анализируя полученные результаты, можно
сделать вывод о том, что с уменьшением значений  1 снижается величина
первого резонансного пика динамической характеристики со смещением влево
по частной оси, а величина второго резонансного пика увеличивается, также
смещаясь влево. При этом величина амплитудного провала, обусловленного
поведением тела оператора как динамического гасителя, уменьшается со
смещением его максимума влево по частотной оси (рисунок 3.8).
75
Рисунок 3.8.- Динамические характеристики системы оператор-сиденье
при следующих параметрах:
P1 = 0,8 кН; ω1 (var20…40 с-1 ); b1= 0,2 ; P2 = 0,5 кН; ω2 = 37,68 с-1 ; b2 =
0,05 ; 1 − ω 1 = 40 с-1 ; 2 – ω 1 = 35 с-1; 3 – ω 1 = 30 с-1; 4 – ω 1 = 25 с-1;
5 – ω1 = 20 с-1
Изменение демпфирования в схеме, моделирующей тело оператора,
т.е. изменение значений b1 от 0 до 1, незначительно сказывается на изменении
в динамической характеристике системы (за исключением случая, когдаb1= 0,
при этом появляется второй резонансный пик).Изменение демпфирования
в
схеме,
моделирующей
подвеску
сиденья,
т.е. изменение b2 от 0 до 1, существенно влияет как на частоту , так и величину
первого
При

2
резонансного
парциальной
пика
частоте
(рисунок
подвески
3.9).
сиденья
= 12,56 с-1 (реализуется с помощью пружинных и тарельчатых
виброизоляторов) динамическая характеристика системы имеет практически
один ярко выраженный резонансный пик, совпадающий с собственной частотой
системы подвески  2 , при этом изменение параметров системы P1, b1 , b2
практически не влияет на виброизолирующие свойства подвески, которые
начинаются с частоты 15 с-1.
76
Рисунок 3.9 - Динамические характеристики системы оператор-сиденье
при следующих параметрах:
P1 = 0,8 кН; ω1 = 25,4 с-1; b1= 0,6 ; P2 = 0,5 кН; ω2 = 62,8 с-1; b2(var 0…1);
1− b2 = 0; 2− b2 = 0,25; 3− b2 = 0,5; 4− b2 = 0,75; 5− b2 = 1
Таким
образом,
биодинамические
характеристики
тела
человека-
оператора проявляют свойства динамического гасителя колебаний в большей
степени при значениях собственных частот подвески сиденья, начиная
с частоты 18 с-1 .
По предложенной модели расчёта был проведён анализ динамических
характеристик и определены рациональные параметры подвески сиденья
оператора с учётом регламентируемых санитарно-гигиенических требований.
В расчётах задавались следующие параметры: для человека-оператора:
m1= 80кг, b1= 52700 Н/м, c1= 1070 Н/см; для подвески сиденья: m2 = 50 кг,
b2 = 90000 Н/м, c2 =5000 Н/см.
Результаты
анализа
проведенных
исследований
подтвердили
правильность разработанной математической модели расчёта виброзащитных
систем подвески сиденья с учётом биодинамических характеристик тела
оператора, которое в этой системе является также своеобразным динамическим
гасителем колебаний с собственной частотой около 4 Гц. Разработанная
конструкция
виброизолирующей подвески сиденья может применяться на
рабочих местах с повышенным уровнем вибрации.
77
Заключение
В результате выполнения выпускной квалификационной работы, были
улучшены виброзащитные свойства, а также повышена надежность и удобства
эксплуатации сиденья СДМ. Обоснованы критерии эффективности системы
виброзащиты
рабочего
места
оператора
конструкций кресел оператора. Исследованы
СДМ.
методы
Проведен
и
анализ
мероприятия
для
снижения вредного воздействия производственной вибрации влияющих на
организм человека оператора строительно- дорожных машин. Изучены основы
виброзащиты
машин.
Произведен
расчёт
виброзащитного
сиденья
оператора. Разработанная конструкция виброизолирующей подвески сиденья
может
применяться
на
рабочих
местах
с
повышенным
уровнем
вибрации.Предложены теоретические разработки, направленные на снижени
е
вредного воздействия
производственной вибрации на организм человека
оператора строительно- дорожных машин, а также улучшение виброзащитных
свойств и повышение надежности и удобства эксплуатации сиденья СДМ.
78
Список использованных источников
1.
Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя: в 3-х т.:
1,2,3. / В.И. Анурьев. – М.: Машиностроение, 1980. – 1652с.
2.
Баловнев В.И.
Дорожно-строительные машины и комплексы./
Баловнев В.И. – М.: Машиностроение, 1988. – 197с.
3.
Гинзбург, Ю.В. Промышленные тракторы. / Под ред. Ю.В.
Гинзбург, А.И. Швед, А.П. Парфёнов. – М.: Машиностроение, 1986. – 296с.
4.
Зайцев, Л.В. Промышленные тракторы. / Л.В. Зайцев, М.Д.
Молосин.– М.: Высшая школа, 1982. – 536с.
5.
Федосьев, В.И. Сопротивление материалов. / В.И. Федосьев. –
М.: Наука, 1974. – 285с.
6.
ГОСТ 12.2.120-88. Система стандартов безопасности труда.
Кабины и рабочие места операторов тракторов, самоходных строительнодорожных машин, одноосных тягачей, карьерных самосвалов и самоходных
сельскохозяйственных машин. Общие требования безопасности. – Введ.
01.01.90. – 12с.
11.
ГОСТ 12.0.004-90. Система стандартов безопасности труда.
Организация обучения безопасности труда. Общие положения. – Введ. 01.07.91.
– 16с.
12.
ГОСТ
Р
51920-2002.
Тракторы
сельскохозяйственные
и
лесохозяйственные. Внешний шум. Нормы и методы оценки. – Введ.12.07.02. –
8с. – Группа Т58.
13.
ГОСТ 12.2.002.4-91. Система стандартов безопасности труда.
Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Метод определения
обзорности с рабочего места оператора. – Введ. 1.07.92. – 10с.
14.
ГОСТ 12.1.012-90. Система стандартов безопасности труда.
Вибрационная безопасность. Общие требования. – Введ. 01.07.91. – 31с.
79
15.
ГОСТ 12.2.019-86. Система стандартов безопасности труда.
Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования
безопасности. – Введ. 01.07.87. – 19с.
16.
ГОСТ 12.2.121-88. Система стандартов безопасности труда.
Тракторы промышленные, общие требования безопасности. – Введ. 01.01.90. –
9с.
17.
Федоров, Д.И. Рабочие органы землеройных машин / Д.И. Федоров.
– М. : Машиностроение, 1977. – 288 с.
18.
Фоминова, О.В. Улучшение условий труда операторов мобильных
сельскохозяйственных машин за счет управления процессом демпфирования в
системах виброзащиты : дис. … д-ра техн. наук: 05.26.01 / Фомина Ольга
Владимировна. – Орел : Орловский гос. техн. ун-т, 2005. – 390 с.
19.
Ходакова,
человекаоператора
Т.Д.
за
Улучшение
счет
условий
виброзащиты
и
охраны
сиденья
труда
самоходной
сельскохозяйственной техники : автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.26.01 /
Ходакова Татьяна Дмитриевна. – Орел : Орловский гос. техн. ун-т, 2004. – 16 с.
20.
Евтюков, С.А. Построение математических моделей и систем
автоматизированного проектирования подъемно-транспортных и строительнодорожных машин: учебное пособие / С.А. Евтюков, А.А Овчаров. – СПб.:
СПбГАСУ,
2011. – 44 с.
21.
Елисеев, С.Б. Колебания в механизмах / С.Б. Елисеев.
Новосибирск : Наука, 1982. – 144 с.
–
80
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа