Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1. Анализ методов и средств виброзащиты поста оператора землеройио-транспортных машин 7
1.2. Оценка вибраций, действующих на человека-оператора, биодинамическая модель человека и ее частотные характеристики 14
1.3. Классификация и анализ виброизолирующих систем постов опеоаторов землеройио-транспортных машин 25
1.4. Объект исследований. Цель и задачи исследования. Структура работы 37
2. Обоснование математической модели автогрейдера 41
2.1. Основные положения 41
2.2. Структура математической модели 43
2.3. Модель базового варианта 45
2.4. Базовый вариант автогрейдера с подрессоренной кабиной 51
2.5. Динамический гаситель подрессоренной кабины 53
2.6. Динамические гасители кресла и кабины 55
2.7. Подрессоренный передний мост в расширенном варианте 58
2.8. Подвеска заднего моста автогрейдера с подрессоренной кабиной 60
2.9. Многокритериальная параметрическая оптимизация 63
3. Экспериментальное определение основных параметров динамической системы 69
3.1. Основные положения 69
3.2. Статистические характеристики микроирофиля дороги
3.2.1. Корреляционная функция 74
3.2.2. Спектральное представление случайного процесса 74
3.2.3. Алгоритм обработки микропрофиля дороги 78
3.3. Определение основных параметров автогрейдера 79
3.3.1. Определение центра масс 79
3.3.2. Определение собственных частот базового автогрейдера 81
3.33. Моменты инерции основных частей 82
3.3.4. Вя-"соуппугие характеристики шин 85
3.4. Колебания автогрейдера в транспортном режиме 88
3.5. Вязкоупругие характеристики элементов системы кабины
3.5.1. Определение коэффициента жесткости упругого элемента 91
3.5.2. Характеристики гидравлического демпфера 97
3.6. Аппаратура, используемая в экспериментах 98
4. Численное моделирование динамики автогрейдера 105
4.1. Базовый вариант 105
4.2. Модель с подрессоренной кабиной 114
4.3. Динамический гаситель на подрессоренной кабине 118
4.4. Динамические гасители подрессоренных кресла и кабины 125
5. Натурный эксперимент 132
5.1. Экспериментальные данные микропрофиля дороги 132
5.2. Определение статических характеристик автогрейдера 135
5.3. Моменты инерции главной массы и балансирной тележки 136
5.4. Вязкоупругие характеристики шин 138
5.5. Испытание автогрейдера в транспортном режиме
5.5.1. Переходной процесс колебаний заднего моста авто грейдера Д-71 ОБ 140
5.5.2. Переезд единичной неровности передним мостом автогрейдера ДЗ-98А 141
5.5.3. Подрессоренное кресло ДЗ-98А 142
5.5.4. Автогрейдер Д-710Б с подрессоренными кабиной и креслом 142
5.5.5. Движение Д-710Б с подрессоренным креслом по реальному профилю дороги 144
5.5.0. Движение автогрейдера Д-71 ОБ с подрессоренной кабиной в транспортном режиме 146
5.6. Характеристики подвесок кресла и кабины 147
5.6.1. Коэффициенты жесткости 147
5.6.2. Определение коэффициента неупругого сопротивления гидравлического демпфера. 156
6. Основные результаты и выводы по работе 160
Литература
- Оценка вибраций, действующих на человека-оператора, биодинамическая модель человека и ее частотные характеристики
- Модель базового варианта
- Корреляционная функция
- Динамический гаситель на подрессоренной кабине
Оценка вибраций, действующих на человека-оператора, биодинамическая модель человека и ее частотные характеристики
Удовлетворить последнему требованию невозможно, т.к. для тяжелых ДСМ статический прогиб сидения должен быть в пределах 200 ... 250 мм [60].
Опыт зарубежных фирм показывает, что защита на уровне сидения с использованием пассивной виброизоляции реализуется только от высокочастотных вибраций, тогда как низкочастотные передаются человеку - оператору.
Автогрейдер как одна из мобильных землеройно-транспортных машин, в силу технологических особенностей, выполнен по бесподвесочной схеме. Единственными вязкоупру-гими элементами в динамической системе являются шины.
При сохранении бесподвесочной конструкции автогрейдера снижение вибраций возможно путем уменьшения фона вибровозбуждения - высоты микронеровностей профиля дорожного полотна. В такой постановке задача решена у авторов [119,141]. Задаваясь скоростью движения при сохранении санитарно-допустимых норм виброускорения (виброскорости) на рабочем месте оператора определяют приемлемую величину неровностей на данном участке.
Указанное условие применимо не только к классу транспортных машин (карьерные самосвалы, скреперы, землевозы), но и к авто грейдерам. По данным [106,152] доля транспортного режима у автогрейдеров достигает 30% и более от общего времени технологического цикла. Сюда следует отнести и время перебазирования с объекта на объект, время прохождения маршрута от базы на объект и обратно.
Как указывалось выше, автогрейдер значительное время (и в транспортном режиме) эксплуатируется на незавершенных участках дорожного строительства. Очевидно, решение задачи по повышению скорости в данных условиях не является исчерпывающим.
Вторым направлением считают достижение санитарно-допустимых норм вибраций на рабочем месте оператора и в наиболее ответственных узлах машины при сохранении высоких скоростей в транспортном режиме и имеющемся фоне вибровозбуждения - путем введения различного рода виброизолирующих устройств в объекты виброзащиты. Определились два направления в разработке и использовании типов виброизоляции - пассивная и активная.
Авторы [571, имеющие определенные успехи в области пассивной виброизоляции считают, что элементы пассивной виброзащитной системы (ПВЗС) конструктивно проще активной ВЗС и состоят, как правило, из направляющего аппарата, упругого элемента и демпфера. К достоинствам такого решения следует отнести высокий коэффициент виброизоляции в зарезонансной области частот и простоту настройки на резонансную частоту виб-роизолируемого объекта (ВО), имеющего узкополосный спектр мощности по собственным частотам.
В работах [10, 85, 86, 92] авторами предлагаются усовершенствования в конструкциях ПВЗС. Используются широкополосные динамические гасители, механизмы преобразования движения (МПД) и ряд других.
Общим недостатком ПВЗС остается сравнительно высокая собственная частота, объяснимая малой массой ВО и значительной жесткостью упругих элементов. В подавляющем большинстве - это кресло плюс водитель, что не превышает общей массы 120 кг. Введение мягкого упругого элемента в ПВЗС резко увеличивает статическую осадку кресла и динамический ход, что невыполнимо в закрытых кабинах землеройно-транспортных машин (ЗТМ). С другой стороны, увеличение неподрессоренных масс ЗТМ ведет к уменьшению собственных частот , достигающих 1,8 ... 2,1 Гц у скрепера ДЗ-107, автогрейдера ДЗ-140, чему способствует применение эластичных шин, соответственно, 37.5-39 мод.Ф-7 и 20.5-25 мод.Ф-92. Наряду с высокими тяговыми характеристиками данные шины имеют приемлемые упруго-демпфирующие показатели [21,150,170].
Неподрессоренная масса на пневматических шинах представляет узкополосный механический фильтр с собственной частотой первой гармоники порядка 2 Гц и шириной полосы пропускания не более + 0,2 Гц [107,162].
Так как возмущающее воздействие на пост оператора носит узкополостный характер (неподрессоренная главная масса машины считается механическим фильтром высших частот) , то представляется возможным для уменьшения колебаний поста применить динамический гаситель. Действия его в этом режиме будет достаточно эффективным [67, 88, 142].
Следовательно, использование ПВЗС типа кресло-водитель для мобильных ЗТМ, к которым относится авто грейдер, не дает положительного эффекта и требует перехода на-качественно новый уровень разработки пассивных виброзащитных систем с собственными частотами менее 2 Гц и динамическими ходами не превышающими ± 80 мм. Такое сочетание возможно увеличением подрессоренной массы. При имеющихся конструктивных ограничениях в системе подрессоривания ЗТМ в целом, решение задач виброизоляции целесообразно проводить на уровне кабины (поста оператора). Подрессоривание поста в целом (увеличение подрессоренной массы) наиболее целесообразно для большегрузных машин с гид 12 рообъемной трансмиссией, в которой схема дистанционного управления, в том числе и рулевого, является составной частью машины.
В настоящее время развиваются два основных направления в исследованиях колебаний сдм.
Первое из них использует детерминированное воздействие на колеса машины неровностей дороги в виде профиля, описываемого синусоидой. Проведение исследований колебаний позволяет с достаточной точностью изучить структуру динамических систем машин, влияние различных конструктивных параметров на АЧХ и доводить ее до требуемого вида. Значительные успехи в этом достигнуты автомобилестроителями.
В работах [61,132] приводится математическая теория колебаний кузова и колес автомобиля, анализируется физическая сущность колебательных процессов, происходящих при движении по дороге. Расчет колебаний проводится из условий линейности характеристик подвески и амортизаторов, принимается точечный контакт шины с дорогой. Расчет ведется, предполагая движение автомобиля по гармоническим неровностям.
В многочисленных работах приводятся данные по выбору динамических параметров, как линейных, так и нелинейных для получения определенных значений выходных характеристик при гармоническом возмущении, оцениваются влияния сухого и вязкого трений, степени их нелинейностей и т.д.
В работе [23] дается анализ влияния отдельных параметров подвески, скорости движения и высоты неровностей при колебаниях.
В результате установлено, что расход энергии на снижение колебаний велик, пренебрегать этим нельзя и некоторые элементы подвесок, улучшающие плавность хода, увеличивают затраты на гашение дополнительной энергии [141].
Влияние демпфирующих свойств шины на колебательный процесс рассматривается в работах [138,140,154].
Авторы приходят к выводу, что при расчетах параметров подвески тяжелых грузовых автомобилей нельзя пренебрегать демпфированием в шине, оно повышает плавкость хода и управляемость, но сопровождается дополнительной потерей мощности машины, зависящей от величины пятна контакта.
Малиновским Е.Ю. [104,107] предложен метод расчета возможной скорости движения самоходного скрепера в зависимости от нормируемого уровня колебаний. При этом модель считается плоской и учитываются только вертикальные колебания.
Модель базового варианта
В соответствии с общими положениями методик исследования автогрейдер рассматривается как система с многими степенями свободы, подверженная в транспортном режиме воздействию от неровностей дороги в виде случайного процесса.
Автогрейдер как колебательная система представляет жесткий стержень с распределенной массой, состоящий из передней и задней полурам - неподрессоренная масса. Узлы и агрегаты представлены точечными массами, связанными с неподрессоренной массой вязко-упругими элементами: передний и задний мосты, кабина, двигательная установка, навесное оборудование.
Выпускаемые промышленностью автогрейдеры лишены упругих связей между узлами и агрегатами. Передний мост и мосты балансирной тележки установлены на единственные упругие элементы - шины. Данное решение обусловлено технологическими особенностями машины как землеройного средства.
Пространственная модель автогрейдера базового варианта предполагает 6 степеней свободы неподрессоренной массы (3 линейных перемещения и 3 угловых вокруг центра масс) и - угловое движение переднего моста вокруг продольной оси подвеса к неподрессоренной массе, угловое перемещение балансирной тележки вокруг поперечной горизонтальной оси, вертикальное перемещение подрессоренного кресла оператора. В итоге имеем 9 степеней свободы.
Ниже рассмотрены: - математические модели различных вариантов рассматриваемой динамической системы; - синтез и оптимизация параметров виброизолирующих систем предлагаемых математических моделей.
В общей постановке задачу следует решать как нелинейную динамическую систему при случайных воздействиях.
На этапе анализа различных систем виброизоляции поста оператора автогрейдера возможен ряд допущений, позволяющих получить в конечном итоге количественную оценку эффективности каждой системы.
Рассматриваемая модель представляется диссипативной динамической системой с конечным числом степеней свободы, находящаяся под действием случайных кинематических воздействий. Жесткостные характеристики вязкоупругих элементов, в виду предположительной малости перемещений обобщенных координат, приняты линейными.
Пространственная схема заменяется плоской в виду симметрии в продольно-вертикальной плоскости. Колебания вертикальные и продольно-угловые рассматриваются независимо от поперечно-угловых [72,76,87,171]. При этом наиболее значимыми считаются вертикальные и продольно-угловые.
Кроме того, принимается и в дальнейшем доказывается, что микронеровности левой и правой колей дороги некоррелированы [23,33,107].
Случайный процесс воздействия от дороги, в следствие значительной его продолжительности, следует принять стационарным и эргодическим [35,37,160].
За количественную характеристику возмущения принята спектральная плотность мощности микронеровностей дороги при заданной скорости реализации.
Скорость движения (реализация процесса возмущения) считается постоянной. Время запаздывания прохождения возмущения под последующими осями многоосной машины определяется как разность между текущим временем прохождения неровностей дороги колесами передней оси и временем, определяемым частным от деления расстояний от передней оси до осей балансирной тележки к скорости движения.
Разработана математическая модель существующего автогрейдера тяжелого типа ДЗ-140. Основные геометрические характеристики и параметры определены опытным путем.
В базовой модели приняты следующие обобщенные координаты: - вертикальные перемещения кресла оператора и неподрессоренной массы; - продольно - угловые перемещения неподрессоренной массы вокруг центра масс, балансирной тележки вокруг поперечной собственной оси.
В соответствии с поставленной задачей виброзащиты поста оператора автогрейдера и предлагаемой методикой ее осуществления важным является решение задачи виброизоляции основных агрегатов и узлов машины в целом. Рассматриваемые варианты динамической модели: вариант 1 - серийная машина с виброизолируемым креслом (базовая модель); вариант 2 - базовая с виброизолируемой кабиной; вариант 3 - базовая модель варианта 2 + динамический гаситель кабины; вариант 4 - модель варианта 3 с виброизолируемыми креслом и кабиной и с их динамическими гасителями; вариант 5 - вариант 3 с подрессоренным передним мостом; вариант б - модель варианта 3 с подрессоренной задней частью машины; вариант 7 - модель варианта 3 с подрессоренными мостами. Для указанных вариантов разработаны соответствующие математические модели. Многокритериальную параметрическую оптимизацию предлагается провести с динамической моделью варианта 3. Такое разбиение по вариантам позволяет провести количественный анализ целесообразности использования различных компоновочных схем автогрейдера с учетом степени виброзащищенности рабочего поста оператора, экономической эффективности его изготовления и эксплуатации.
На рис.2.1 представлена блок-схема анализа моделей автогрейдера в вышеуказанных вариантах, в соответствии с которым разработана программа anls.cpp.
Поз. 1 - задание начальных параметров, характеризующих динамическую систему как жесткую стержневую , соединенную вязкоупругими элементами с точечными массами;
Поз.2 - описание динамической системы дифференциальными уравнениями второго порядка с правыми частями. Используя спектральную теорию подрессоривания транспортных машин [1,2,18,19,50,95,99,139], дифференциальные уравнения приводят к алгебраическим линейным уравнениям. На этом этапе решение дифференциальных уравнений методом комплексных амплитуд [113] позволяет перейти к передаточным функциям как соотношений амплитуд выходных характеристик (виброперемещений, виброскоростей, виброускорений) к входным характеристикам [129];
Поз.З - задание спектральных плотностей микропрофилей дорог, полученных по корреляционным функциям [17,80] и аппроксимированных по результатам экспериментальных исследований при дискретно заданных скоростях движения 2,78, 5,56, 8,34 м/с;
Поз.4 - определяют детерминированные значения выходных амплитуд перемещений и их производных для обобщенных координат в линейной постановке задачи [53,94];
Поз.5 - представление спектральных плотностей выходных амплитуд, печать спектральных плотностей;
Поз.6 - определение дисперсий и средних квадратических отклонений перемещений, скоростей и ускорений уровней виброизоляций, печать дисперсий и стандартов, выход из программы.
Корреляционная функция
На данном этапе выполняют параметрические и функциональные ограничения, определяют критерии качества, формируют их в вариационный ряд по наиболее значимому критерию. Если данный вариант оказался лучше ранее определенного, текущий вектор параметров запоминается. После просмотра достаточно большого числа пробных точек найденная лучшая точка принимается за центр сферы нового локального поиска и процесс повторяется. В случае отсутствия лучшей точки диаметр сферы увеличивается либо уменьшается и процесс поиска повторяется. Уменьшение сферы происходит в случае достижения максимально допустимого диаметра области поиска, не дающего при этом улучшения критериев качества. В завершающей процедуре рассматривают область наиболее приемлемых значений критериев качества с достигнутыми параметрами системы [144,161].
Выделение области значимых критериев требует наложения соответствующих ограничений на остальные, имеющие меньшие весовые коэффициенты значимости с тем, чтобы еще более сузить области изменения критериев и, соответственно, параметров системы. Проверка непустоты множества допустимых точек (10) Проводится для достижения совместимости критериев качества. Определяется по просмотру таблицы испытаний при фиксации одного из критериев Ф, (А,) (преимущественно решающего). В этом случае, логически, удовлетворяется условие ограничения критерия Ф,( (1) ... ФІ(4) Фі", где Ф,(д), Ф , - нижняя и верхняя границы критерия качества. Для остальных критериев качества Фу {Aj) в той же области векторов параметров А( должно выполняться условие Ф А Ф", (v=2,3,...,k), т.е. это является признаком непустоты пространства. В противном случае следует провести коррекцию ограничений выпавших критериев. В дальнейшем производится вторая проверка непустоты множества при увеличении количества пробных точек.
Окончательное решение о несовместимости критериальных ограничений принимают на данном этапе в случае отсутствия хотя бы одной точки Аі в пространстве D.
Количественной оценкой эффективности поиска считают коэффициент отбора y=VaIVn, где Vc— объем выборки, отвечающей условиям непустоты, Vn— общий объем испытаний [145]. При значении у=0,2 и более локальный поиск считается эффективным и позволяет наилучшим образом получить экстремум рассматриваемого критерия. Квантование критериев качества (11) Осуществляют с целью отсечения верхних границ критериев по условию непустоты компонент вектора параметров или по результатам экспертных оценок [69]. Здесь проводят формирование значений критериев качества в порядке их увеличения с указанием номера вектора параметров (пробной точки).
Аппроксимация компонентов вектора параметров (11) В допустимой области ограничений критериев по данным компонент векторов параметров в нелинейной постановке (при ранжировании параметров) аппроксимируют функциональные зависимости основных характеристик элементов виброизоляции подвесок кабины и динамического гасителя, необходимых при последующих конструкторских разработках систем виброзащиты.
В соответствии с структурой работы основные положения методик экспериментов включают определения статистических характеристик микропрофиля дороги (корреляционных функций, дисперсий и спектральных плотностей), основных параметров динамических систем автогрейдера (масс, моментов инерции, геометрических размеров), собственных частот неподрессоренной массы автогрейдера и подрессоренного кресла оператора, характеристик вязкоупругих элементов подвесок кресла, кабины, шин, собственных частот подвески кабины, уровней вибраций неподрессоренной массы, кресла оператора, подрессоренной кабины [39,108].
Автогрейдер эксплуатируется на участках дорог, характеристики которых несколько отличаются от автомобильных, обладающих достаточно стабильными параметрами. Тем не менее, статистических характеристик, утвержденных законодательными документами в едином блоке нет. Автомобилистами, занимающимися эксплуатацией машин в реальных условиях экспериментально достаточно хорошо изучены количественные характеристики этих дорог [130,131,160,171].
Под микропрофилем дороги понимается профиль идеализированной дороги, характер колебаний машины на котором не отличается от колебаний при езде по действительной дороге при прочих равных условиях. Микропрофиль не содержит медленно меняющихся составляющих и его считают стационарным случайным процессом (D =const) с быстро убывающим показателем регулярности. Вследствие отсутствия шероховатостей существенно уменьшается поток информации при передаче возмущений. Дискретизация высот неровностей микропрофиля по длине 0,1 Z1/ 100 м дает приемлемую статистическую оценку, т.к. длина волны А1 д,\ м сглаживается шиной, а А1 \00 м практически не вызывает колебаний подвески автомобиля. Считается, что статистическая оценка по генеральной совокупности микронеровностей с достаточной точностью согласуется с выборочной на участках до 300 м [61,84,132] при скорости реализации 1 =1 м/с. При создании выборочной корреляци 70 онной функции необходимо соблюсти требования к времени реализации и шагу. Поскольку полоса частот микропрофиля лежит в диапазоне 0,5... 10 Гц, то шаг Ат для меньших значений времени реализации Т должен быть не менее 0,01 с. Высокочастотная составляющая спектра, приближающаяся к 10 Гц, достаточно точно оценивается при г 0,1 с.
Специалистами, эксплуатирующими дорожно-строительную технику, опирающимися на опыт автомобилистов, разработана методика определения статистических характеристик, несколько отличающаяся от известных тем, что параметры и аналитические зависимости, аппроксимирующие результаты экспериментов, имеют различные коэффициенты и выражения [45,160,167].
Выделяют два этапа получения статистических характеристик: сбор данных по реализации процессов и их обработке с использованием математического аппарата.
Одним из наиболее доступных методов сбора информации является нивелирование. Измерение микронеровностей производится от выбранной осредненной высоты при заданной базовой длине участка.
Техническая сложность измерения состоит в том, что для получения достоверной характеристики необходим значительный объем реализации.
Считается, что генеральная совокупность микронеровностей может быть получена на участках длиной до 300 м [35]. При этом общая длина участка разбивается на ряд базовых. 30-ти метровая длина базовых участков была определена в результате совместного рассмотрения амплитудно-частотных характеристик вертикальных колебаний ряда землерой-но-транспортных машин и графика длины условной неровности в зависимости от скорости движения машины в диапазоне от 1 до 10 м/с. Здесь же отмечено отсутствие корреляционной связи между левой и правой колеями, что можно считать характерным свойством профилей данного типа дорог.
Динамический гаситель на подрессоренной кабине
Дополнительное использование гасителя кресла привело к некоторому уменьшению уровня вибраций подрессоренных кресла и кабины. Наблюдается уменьшение силового воздействия на кабину и кресло.
На рис.4.25 ... 4.27 представлены спектральные плотности виброперемещений кресла, кабины, динамических гасителей кресла и кабины, неподрессоренной массы и их производных при дисперсии неровностей дороги -О?=15-10-4,л«2, скорости движения V=2,7S,M/C. Цифрами 1 ... 5 обозначены спектральные плотности кресла, кабины, гасителя кабины, гасителя кресла, неподрессоренной массы автогрейдера, соответственно. Svq, Swq- производные спектральной плотности неровностей дороги по скорости и ускорению.
Результаты исследования математической модели при скорости движения F=8,34,Wc и дисперсии дороги Dg=25-\0 4,м2 показаны нарис.4.28 ... 4.30. Выводы по разделу 4.4. Использование гасителя кресла совместно с гасителем кабины позволяет уменьшить виброускорение на уровне кресла относительно неподрессоренной массы при D =15-10 4,.м2 и скорости движения V=2,1%,м/с в 10,67 раза при уменьшении виброперемещения в 1,275 раза.
По отношению к подрессоренной кабине уменьшение виброускорения в 2 раза, увеличение виброперемещения в 1,097 раза. При D4=25-\0,M2 V=8,34,м/с виброускорение на уровне кресла умешьшено в 6,13 раза относительно неподессоренной массы; виброперемещение увеличено в в 1,087 раза. Относительно кабины - уменьшение виброускорения в 1,21 раза, увеличение виброперемещения в 1,23 раза.
К расчету принята линейная модель автогрейдера в варианте подрессоренных кресла и кабины с динамическим гасителем кабины, установленных на неподрессоренную массу. Исходные данные для проведения параметрической оптимизации представлены в табл.4.5.
Внешнее воздействие - кинематическое, вызванное неровностями дороги, представляется стационарным случайным процессом с дисперсией Z 9 = 15 10"4,м2. Численные значения спектральной плотности дороги выбраны в соответствии с разделом 4.1. Скорость движения V= 2,78 м/с.
Результатом расчета динамических систем предлагаемого варианта в сравнении с базовым (подрессоренное кресло оператора) достигнуто следующее: уменьшение средних квадратических значений виброускорений кресла и кабины к неподрессоренной массе в 8,22/ 1,35/1 раза, виброперемещений - в 1,3/ 0,95/1 раза.
Модель с динамическим гасителем кабины подвергнута в дальнейшем многокритериальной параметрической оптимизации методом случайного поиска в границах варьируемых параметров масс кабины и гасителя, коэффициентов неупругого сопротивления и коэффициентов жесткости подвесок кабины и гасителя. Границы изменения параметров выбраны согласно требований раздела 2.9 и сведены в таблицы 4.7 и 4.8
Алгоритм случайного поиска предусматривает функциональные ограничения для максимума передаточной функции перемещения на уровне пола кабины, средних квадратических значений перемещения кресла, гасителя; частота возмущения изменялась от 0 до 30 рад/с.
Неваръируемые параметры Массы, кг Коэффициенты неупругого сопротивления, Н с/м Коэффициенты жесткости, Н/м Мх=120 Bi=780 Сх =5070 М4 =25680 B4=B5=B6= 4,039-103 С4=С5 =С6=1,28-106 Критериями качества приняты средние квадратические значения виброускоренйй кресла, кабины, виброскорости кресла, усилие в подвеске кабины.
Вьщелены две группы критериев качества; первую, включающую ускорения кресла и гасителя минимизировали, вторую группу критериев по их значениям также уменьшали.
На рис. 4.31 и 4.32 представлены спектральные плотности виброускорений исходного и улучшенного вариантов. Цифрами 1-4 обозначены спектральные плотности ускорений кресла, кабины, гасителя кабины и неподрессоренной массы. 5.OE+Ol В результате оптимизации произошло улучшение параметров подвески кабины, что привело к уменьшению виброускорения на уровне кресла оператора в 1,2 раза, виброперемещения в 1,03 раза, т.е практически осталось неизменным.
Улучшенная модель по варьируемым параметрам имеет данные, приведенные в табл. Таблица 4,9 Варьируемые параметры Параметр Исходная модель Улучшенная модель Масса кабины, кг 630 737 жесткость подвески кабины, н/м 1,219 104 1,49 104 коэффициент демпфирования, н с/м 1,1 10j 3,247 10J Масса динамического гасителя, кг 198,37 218 коэффициент демпфирования, н с/м 1.12 10J 1,92 10і коэффициент жесткости, н/м 2,64 104 1,82 104 Согласно таблицы 4.8 произошли увеличения массы кабины на 17 %, коэффициента жесткости подвески кабины на 18,18 % . При этом собственная частота увеличилась только на 2,45 %. Коэффициент демпфирования подвески кабины резко увеличиися на 66 %, коэффициент апериодичности при этом равен y/=B2/2 jC2-m2 =3,247-103/271,49-104 -737=0,49,
132 что соответствует общепринятым показателям подвесок постов операторов ЗТМ [168]. Повышение жесткости подвески и, особенно коэффициента демпфирования, улучшает конструкцию подвески, приводящую к перераспределению трения в узлах направляющего аппарата.
В динамическом гасителе масса увеличилась на 9 %, коэффициент демпфирования на 42 %. Жесткость динамического гасителя уменьшилась на 31 %. В результате произошло изменение усилия в подвеске кабины. Оценка производилась по изменению средних квадра-тических значений ускорений подрессоренной кабины на главную массу. В исходной модели тй =0,162 g, на улучшенной модели aiu =0,13g. Следовательно, усилие в подвеске исходной модели составило F2i=m2-a2 =630-0,162-9,81=1001,2, Н, в улучшенной модели F2u =737-0,13-9,81=938,93, Н или уменьшение на 6,2 %. Исследование области поиска в точке с минимальными критериями качества позволило проследить движение вектора параметров улучшаемой модели и провести их ранжирование. Результатом действия являются исходные данные для последующей аппроксимации варьируемых параметров системы виброизоляции.
По итогам параметрической оптимизации получены функциональные зависимости коэффициентов жесткости для упругих элементов и коэффициентов неупругого сопротивления для демпфирующих элементов подвесок кабины и гасителя. Определены формы направляющей арматуры пневмооболочки и характеристики дроссельного узла гидравлического демпфера.
Основная цель, преследуемая в данном разделе,- получение недостающих исходных данных для численного моделирования динамической системы. Дополнительно решался вопрос проверки адекватности математической модели экспериментальным данным, полученным на натурном образце.
