Переходные характеристики колёсной машины с виброзащитным сиденьем

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Ударные и вибрационные нагрузки со стороны микрорельефа опорной поверхности, отрицательно влияют как на здоровье операторов наземных транспортно-технологических машин, так и на качество выполняемых работ из-за ухудшения реакций и внимательности. Эффективным средством смягчения динамических воздействий на операторов являются виброзащитные системы сидений. Разработка виброзащитных систем сидений операторов является актуальной задачей.

Цель — разработка математической модели машины с виброзащитной системой сиденья, учитывающую заданную силовую характеристику и коэффициенты демпфирования, которая позволит изучить реакцию системы на типовое воздействие при наезде колёсами шасси на ступень. Модель должна определять переходные характеристики колёсной машины с виброзащитным сиденьем, обладать высокой скоростью расчёта динамического процесса, что позволит оптимизировать большее количество параметров одновременно.

Методы. Для разработки модели, рассматривается плоская расчётная схема наезда колёсами переднего моста на ступень заданной высоты. Машина наезжает на ступень только передним мостом, высота ступени мала относительно колёсной базы. Вертикальные колебания центра масс аппроксимированы линеаризованной моделью колебаний массы с поступательной степенью свободы. Для моделирования вертикального движения основания сиденья используется дифференциальное уравнение движения массы шасси. Приняты допущения о жёсткой закрепленности кабины оператора на шасси и малости массы сиденья с оператором относительно массы шасси. Расчётная схема для моделирования вертикальных колебаний массы сиденья с оператором относительно шасси, аналогична схеме колебаний для шасси относительно грунта. Две схемы используются одновременно в имитационной модели. Моделирование вертикальных колебаний шасси и сиденья при наезде колёсами шасси на ступень осуществляется с помощью имитационной математической модели в Российской среде моделирования SimInTech.

Результаты. В качестве примера использования имитационной модели, приведены результаты моделирования переходного процесса наезда колёсами переднего моста на ступень высотой 0,1 м на скорости 1 м/с. Результаты представлены в виде временных зависимостей вертикальных координат опорной поверхности, базового шасси, деформации виброзащитного механизма сиденья и соответствующих им временных зависимостей абсолютных скорости и ускорения сиденья с оператором. Определено максимальное значение абсолютного ускорения сиденья с оператором.

Заключение. Разработанная с использованием российского программного продукта SimInTech имитационная модель наезда на ступень учитывает упруго-вязкие свойства шин, геометрию взаимодействия колеса и ступени, и нелинейность силовой характеристики виброзащитной системы. Модель позволяет быстро моделировать переходный процесс, что открывает возможность анализа множества вариантов и оптимизации параметров.

Об авторах

Михаил Сергеевич Корытов

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: kms142@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5104-7568
SPIN-код: 2921-4760

д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры «Автомобильный транспорт»

Россия, Омск

Виталий Сергеевич Щербаков

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)

Email: sherbakov_vs@sibadi.org
ORCID iD: 0000-0002-3084-2271
SPIN-код: 6171-2320

д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры «Автоматизация и энергетическое машиностроение»

Россия, Омск

Ирина Евгеньевна Кашапова

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)

Email: iriska-97-17-13@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0631-564X
SPIN-код: 8011-6829

преподаватель кафедры «Автоматизация и энергетическое машиностроение»

Россия, Омск

Список литературы

  1. Berezin IY, Pronina YO, Bondar VN, et al. Experimental studies of characteristics of vibration protection elements for operator workplace of industrial tractor. Tractors and Agricultural Machinery. 2016;83(9):19–22. doi: 10.17816/0321-4443-66196 (In Russ.) EDN: WHWYVX
  2. Podrubalov VK, Podrubalov MV, Nikitenko AN. Applicability of different schemes of a dynamic system of a wheeled tractor at the calculated estimation of its vibration loadability. Tractors and Agricultural Machinery. 2014;81(1):20–25. (In Russ.) EDN: RSPMEX
  3. Kuzmin VA, Godzhaev ZA. Comparative evaluation of the effectiveness of the vibration protection of the active suspension system with PID control. Tractors and Agricultural Machinery. 2018;85(3):62–67. doi: 10.17816/0321-4443-66407 (In Russ.) EDN: UTDXXM
  4. Aiello G, Vallone M, Catania P. Optimising the efficiency of olive harvesting considering operator safety. Biosystems Engineering. 2019;185:15–24. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2019.02.016
  5. Mikheyev VV, Saveliev SV, Shushubaeva MK. Natural adaptation of deformable work tools during vibratory soil compaction and enhancement of their performance. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1260(6):062015. doi: 10.1088/1742-6596/1260/6/062015 EDN: DUDFXT
  6. Bhatia A, Kalsi S, Sehgal AK, et al. Comparative Study of different Seat Cushion Materials to improve the Comfort of Tractor Seat. Journal of The Institution of Engineers (India): Series A. 2022;103:387–396. doi: 10.1007/s40030-022-00622-8 EDN: ZTTSOK
  7. Chi F, Zhou J, Zhang Q, et al. Avoiding the health hazard of people from construction vehicles: a strategy for controlling the vibration of a wheel loader. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2017;14(3):275. doi: 10.3390/ijerph14030275
  8. Nehaev VA, Nikolaev VA, Zakernichnaya NV. Vibration protection of a human-operator based on the application of disturbance-stimulated control mechanism. Journal of Physics: Conference Series. 2018;1050:012057. doi: 10.1088/1742-6596/1050/1/012057 EDN: YBPMAX
  9. Kumar R, Kalsi S, Singh I. Vibration Effect on Human Subject in Different Postures using 4-Layered CAD Model. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. 2020;9(7):168–174. doi: 10.35940/ijitee.G5104.059720 EDN: ZYLLHS
  10. Korchagin PA, Teterina IA, Letopolsky AB. Effect of tire dynamic characteristics on vibration load at the operator’s workplace. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1441:012097. doi: 10.1088/1742-6596/1441/1/012097 EDN: SRYOMA
  11. Baranovskiy AM, Vikulov SV. Vibration protection system for high-speed vessel crews. Marine intellectual technologies. 2019;3(1):35–38. EDN: BGETSB
  12. Korytov MS, Shcherbakov VS, Kashapova IE. Optimization of design parameters of the vibration protection system of a motor grader seat with quasi-zero stiffness. Tractors and Agricultural Machinery. 2023;90(3):233–244. doi: 10.17816/0321-4443-301264 (In Russ.) EDN: FDVQBQ
  13. Dhanjee KC, Sanjay KP, Vivekanand K, et al. Whole-body vibration exposure of heavy earthmoving machinery operators in surface coal mines: a comparative assessment of transport and non-transport earthmoving equipment operators. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics: JOSE. 2020;(1):1–10. doi: 10.1080/10803548.2020.1785154 EDN: DNWUVK
  14. Mian J, Shoushi L, Yong G, et al. The improvement on vibration isolation performance of hydraulic excavators based on the optimization of powertrain mounting system. Advances in mechanical engineering. 2019;11(5). doi: 10.1177/1687814019849988
  15. Huan CC, Ha DV, Vu LA, et al. Ride Comfort Evaluation for a Wheel Loader with Cab’s Hydraulic Isolation System. Lecture Notes in Networks and Systems. 2023;602:846–854. doi: 10.1007/978-3-031-22200-9_89
  16. Zhang X, Liu X, Sun C, et al. Improvement of vibration isolation performance of multi-mode control seat suspension system through road recognition using wavelet-LSTM approach. Journal of Mechanical Science and Technology. 2024;38:121–136. doi: 10.1007/s12206-023-1210-2 EDN: STZMCV
  17. Korytov MS, Bezrodina AE. Development of a mathematical model of a stacker crane with regard to energy dissipation. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2023;2:134–144. doi: 10.22281/2413-9920-2023-09-02-134-144 (In Russ.) EDN: EAFVRU

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема подъёма шасси при наезде колёсами переднего моста машины на ступень высотой h (а) и соответствующая ей эквивалентная схема вертикальных колебаний массы на подвижном основании (b): mb — масса на подвижном основании; yop — координата основания (оси колёс переднего моста), меняет значение от 0 до h; h — высота ступени; yb — абсолютная координата массы шасси, приведённой к переднему мосту; yk — локальная координата деформации условного, вертикально расположенного упруго-вязкого элемента, аппроксимирующего соответствующие свойства шин двух колес переднего моста машины; ck — коэффициент жёсткости колёс переднего моста; bk — коэффициент вязкого трения колёс переднего моста.

Скачать (118KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчётная схема вертикальных колебаний массы сиденья на подвижном основании (а), и схема передачи параметров при использовании одной и той же модели колебаний массы дважды (b): ms — масса подвижной части виброзащитного сиденья с оператором; Fs — возвращающая сила виброзащитной системы сиденья, в общем случае изменяющаяся по нелинейной зависимости; bs — коэффициент вязкого трения виброзащитной системы сиденья; ys — абсолютная координата массы подвижной части виброзащитного сиденья с оператором; ys1 — относительная координата деформации механизма виброзащитной системы сиденья; yb — абсолютная координата массы шасси, приведённой к переднему мосту; vs — абсолютная скорость массы подвижной части виброзащитного сиденья с оператором; as — абсолютное ускорение массы подвижной части виброзащитного сиденья с оператором.

Скачать (100KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Имитационная математическая модель колёсной машины в обозначениях SimInTech: а — модель верхнего уровня; b — модель подсистемы вычисления текущего значения yop; c — модель подсистемы вычисления вертикальной силы виброзащитного механизма сиденья Fs.

Скачать (713KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Расчётная схема для определения текущего значения вертикальной координаты оси yop без учета деформаций шин, при наезде колёсами передней оси на ступень высотой h (a) и пример силовой характеристики виброзащитной системы сиденья (b): yop — координата основания; h — высота ступени; C — длина хорды; Fs — возвращающая сила виброзащитного сиденья; ys1 — относительная координата деформации механизма виброзащитной системы сиденья.

Скачать (190KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Временные зависимости вертикальных координат опорной поверхности yop, базового шасси yb, деформации виброзащитного механизма сиденья ys1 (а) и соответствующие им временные зависимости абсолютных скорости vs и ускорения as сиденья с оператором (b): yop — абсолютная координата основания; yb — абсолютная координата массы шасси, приведённой к переднему мосту; ys1 — относительная координата деформации механизма виброзащитной системы сиденья; vs — абсолютная скорость массы подвижной части виброзащитного сиденья с оператором; as — абсолютное ускорение массы подвижной части виброзащитного сиденья с оператором.

Скачать (134KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».