ВИБРОЗАЩИТНАЯ ПОДВЕСКА СИДЕНЬЯ Российский патент 1997 года по МПК B60N2/02 

Изобретение относится к виброзащитной технике в области вибрационной безопасности человека.

Наиболее эффективным средством защиты человека, работающего сидя в зоне интенсивной вибрации, является сидение с виброзащитной подвеской (авт.свид. СССР N 1261209, кл. B 60 N 1/2 1985), состоящее из подвесной опоры, на которой закреплен каркас сидения, несущей опоры, жестко связанной с колеблющимся основанием и упругим подвесом, в данном случае состоящим из упругих элементов, выполненных из отрезков троса.

Основным недостатком этих подвесок является то, что они защищают человека-оператора в основном от вертикальных вибраций и имеют малую угловую жесткость относительно продольной оси.

Подвеска (авт. свид. СССР N 1610747, кл.B 60 N 2/02 1988), выбранная в качестве прототипа, содержит подвесную опору с прикрепленным к ней каркасом сиденья, несущую опору, которая соединяется с колеблющимся основанием. Несущая и подвесная опоры соединены между собой с помощью основного упругого подвеса и корректора жесткости. Основной упругий подвес выполнен из отрезков стального троса и расположен выше каркаса подушки сидения и обеих его сторон.

Основным недостатком прототипа является неэффективная виброзащита к воздействию низкочастотных продольных горизонтальных вибраций (вдоль оси X).

Это объясняется тем, что при продольных горизонтальных вибрациях отрезки тросов основного упругого подвеса работают в основном на растяжение-сжатие. При вертикальных и поперечных горизонтальных вибрациях отрезки тросов как консольные балки работают на изгиб. Жесткость тросов на изгиб значительно меньше, чем на растяжение-сжатие. Поэтому к продольным горизонтальным вибрациям жесткость подвеса значительно выше, чем к поперечным горизонтальным и вертикальным вибрациям.

Экспериментальные исследования, проведенные с виброзащитной подвеской, изготовленной в соответствии с прототипом, показали, что жесткость к горизонтальным продольным смещениям в 9-10 раз больше, чем жесткость к вертикальным упругим смещениям. Поэтому виброзащита от воздействия продольной горизонтальной вибрации начинается на частотах приблизительно в три раза больших, чем от вертикальной вибрации.

В соответствии с требованиями к вибрационной защите человека-оператора в направлении осей X, Y, Z, защита человека должна быть максимально одинаковой. Поэтому возникает техническая задача создания упругого подвеса с низкой жесткостью в отношении смещений в направлении осей X и Y, сохраняя при этом низкую жесткость к вертикальным смещениям.

Данная техническая задача решается при выполнении основного упругого подвеса из кольцевых тросовых упругих элементов, каждый из которых прикреплен в диаметрально противоположных местах к подвесной и несущим опорам. Кольцевые упругие элементы устанавливаются параллельно переднему торцу сиденья. При этом часть кольцевых тросовых упругих (в дальнейшем кольцевых элементов) элементов устанавливается ниже каркаса сиденья, а другая часть кольцевых элементов устанавливается за спинкой сиденья выше плоскости подушки сиденья. Каждые два соседних кольцевых элемента устанавливаются с перекрытием друг друга, а их боковые поверхности между собой прижаты, а расстояние между центрами кольцевых элементов (l) выбирается из условия l≅(D_н 2d), где D_н наружный диаметр кольцевого элемента; d диаметр троса, из которого изготовлены кольцевые упругие элементы.

Каждый кольцевой элемент к подвесной опоре крепится шарнирно, а к несущей опоре неподвижно в шахматном порядке.

Тросовые кольцевые упругие элементы позволяют обеспечить наибольшую близость собственных частот колебаний виброзащитной подвески во всех трех направлениях по X, Y, Z.

Действительно, кольцевые тросовые упругие элементы используются в амортизаторах АТЦ. Такие амортизаторы имеют наибольшую резонансную частоту в направлении Z, в направлении X, Y резонансная частота в среднем в два раза ниже и различается друг от друга не более, чем на 20% [см. 6, стр. 258-265, формулы 8.94-8.96 при n 1]
Учитывая, что резонансная частота в направлении Z уменьшается за счет использования корректора жесткости, то применение тросовых кольцевых элементов обеспечит резонансную частоту по оси Z такую же, как в прототипе.

Шарнирное соединение кольцевых упругих элементов с подвесной опорой снижает жесткость упругого подвеса к продольным горизонтальным колебаниям и увеличивает рассеяние энергии вибраций за счет внешнего трения кольцевого упругого элемента о цилиндрическую поверхность крепежного элемента шарнирного соединения.

Установка кольцевых элементов с перекрытием друг друга и соприкосновением боковых поверхностей позволяет обеспечить дополнительное конструкционное демпфирование за счет трения элементов друг о друга при колебательных деформациях. А для увеличения зоны трения расстояние между центрами кольцевых элементов (l) выбирается из условия l≅(D_н- 2d), где D_н - наружный диаметр кольцевого элемента, d диаметр троса, из которого изготовлены кольцевые элементы.

Установка передних упругих элементов под сиденьем, а задних упругих элементов над сиденьем позволяет поднять центр жесткости системы упругого подвеса и, таким образом, уменьшить связность колебаний и сделать подвеску устойчивой к угловым колебаниям вокруг продольной оси.

Кроме того, такое расположение упругих элементов подвеса улучшает условия работы водителей технологических транспортных машин (например, бульдозеров, скреперов и др.).

Водителям этих машин при выполнении технологических операций приходится часто поворачиваться и смотреть назад, а расположение упругих элементов как в прототипе создает неудобство для его ног, что приводит к повышенной утомляемости во время работы.

Крепление кольцевых элементов к несущей опоре в шахматном порядке со смещением по оси X позволяет обеспечить хороший упругий контакт при существенно больших уровнях вибрации.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая виброзащитная подвеска обладает следующими существенно новыми признаками.

1. Упругий подвес сделан из кольцевых тросовых элементов, каждый из которых прикреплен в диаметрально противоположных местах к подвесной и несущей опорам, параллельно переднему торцу сиденья.

2. Одна часть упругих тросовых кольцевых элементов установлена ниже каркаса сиденья, а другая часть кольцевых элементов установлена за спинкой сиденья выше плоскости подушки сиденья.

3. Каждые два соседних кольцевых элемента установлены с перекрытием друг друга и их боковые поверхности прижаты друг к другу, что позволяет обеспечить дополнительное конструкционное демпфирование за счет трения при колебательных деформациях.

4. Кольцевые упругие элементы к несущей опоре крепятся неподвижно в шахматном порядке со смещением по оси X, а к подвесной опоре крепятся шарнирно.

На фиг. 1 показан вид подвески сбоку; фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 пример шарнирного крепления кольцевых элементов к подвесной опоре; на фиг. 4 способ крепления кольцевых элементов к несущей опоре - сварка или пайка; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 крепление кольцевых элементов к несущей опоре, вид сверху.

Виброзащитная подвеска сиденья с посадочным местом 1 содержит подвесную опору 2, на которой крепится каркас сиденья 3. Несущая опора 4 связана жестко с колеблющимся основанием 5. Кольцевые тросовые упругие элементы 6 основного упругого подвеса крепятся к подвесной опоре 2 через шарнир 7 (фиг. 3). К несущей опоре 4 кольцевые элементы 6 крепятся через планку 8 с выступами 9 (фиг. 1 и 2), в прорезь которых вставляются концы кольцевых элементов 6 и завариваются или запаиваются 10 (фиг. 4 и 5).

Между подвесной опорой 2 и несущей опорой 4 установлен дополнительный тросовый упругий элемент 11 корректор жесткости по а.с. N 1261209. Крепление кольцевых элементов за спинкой сиденья аналогично показанному на фиг. 2.

Кольцевые элементы устанавливаются на несущей опоре с перекрытием друг друга (фиг. 2). Величина перекрытия выбирается, исходя из максимальной амплитуды относительных колебаний несущей и подвесной опор, при этом не должно происходить расцепления кольцевых элементов. Экспериментально установлено, что для амплитуд колебаний, не превышающих в 1,5-2 раза типичные уровни вибраций транспортных средств упругие элементы не выйдут из взаимного контакта, если расстояние между центрами кольцевых элементов l будет равно или меньше (D_н- 2d), где D_н наружный диаметр кольцевого элемента, d диаметр троса, из которого сделан кольцевой элемент.

При существенно больших уровнях вибрации в одном направлении кольцевые элементы могут выйти из контакта и входят вновь в контакт при колебаниях в другом направлении. Этому способствует крепление кольцевых элементов в шахматном порядке (фиг. 6) со смещением двух соседних, находящихся в контакте по оси X на величину d/2, где d диаметр троса кольцевого элемента.

Виброзащитная подвеска сиденья работает следующим образом.

При действии пространственной вибрации на подвеску кольцевые тросовые упругие элементы основного упругого подвеса начинают упруго деформироваться по направлениям осей X, Y, Z. Корректор жесткости 11, выходя из неустойчивого положения равновесия, уменьшает жесткость основного упругого подвеса и тем самым создается низкочастотная виброзащита по оси Z. Так как в горизонтальном направлении по осям X и Y кольцевые тросовые упругие элементы в основном работают как и в вертикальном направлении на изгиб, значит жесткость упругого подвеса в продольном направлении (по оси X) и в поперечном направлении (по оси Y) будет так же низкой, обеспечивая эффективную низкочастотную виброзащиту в любом горизонтальном направлении.

Благодаря разнесению кольцевых элементов по осям X, Y и Z, подвеска устойчива к угловым поворотам вокруг трех осей (X, Y, Z).

Предлагаемая подвеска с кольцевыми тросовыми упругими элементами позволяет обеспечить пространственную виброзащиту с существенно более низкими резонансными частотами во всех направлениях.

Подвеска проста в изготовлении, обслуживании и не требует больших материальных затрат. Прошла экспериментальную проверку в Новосибирском электротехническом институте связи и опытный образец прошел испытания на бульдозере Т-500.

Использование: для защиты человека, работающего сидя в зоне интенсивной вибрации. Виброзащитная подвеска сидения обеспечивает пространственную виброзащиту с существенно более низкими резонансными частотами во всех направления за счет выполнения основного упругого подвеса из кольцевых тросовых упругих элементов, которые имеют определенное расположение по всем трем осям. Подвеска имеет повышенное демпфирование за счет конструкционного трения в упругих элементах и элементов между собой. Подвеска проста в изготовлении и обеспечивает комфортабельные условия работы человека-оператора. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую опору и подвеснную опору, на которой смонтирован каркас подушки и спинка сиденья, а между опорами установлен основной упругий подвес из тросовых упругих элементов и дополнительный упругий элемент корректор жесткости, отличающаяся тем, что основной упругий подвес выполнен из кольцевых тросовых упругих элементов, каждый из которых прикреплен в диаметрально противоположных местах к подвесной и несущей опорам параллельно переднему торцу сиденья, при этом часть кольцевых тросовых упругих элементов установлена ниже каркаса сиденья, а другая часть этих элементов установлена за спинкой сиденья выше плоскости подушки сиденья. 2. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что каждый кольцевой тросовый упругий элемент к несущей опоре крепится неподвижно, а к подвесной опоре прикреплен шарнирно. 3. Подвеска по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что два соседних кольцевых тросовых упругих элемента установлены с перекрытием и их боковые поверхности прижаты между собой, а расстояние между центрами кольцевых элементов (l) выбрано из условия
l ≅ D_н 2d,
где D_н наружный диаметр кольцевого тросового упругого элемента,
d диаметр троса, из которого изготовлены кольцевые элементы. 4. Подвеска по пп.1 3, отличающаяся тем, что кольцевые тросовые упругие элементы к несущей опоре прикреплены в шахматном порядке со смещением по оси Х соседних кольцевых элементов на величину d/2, где d диаметр троса, из которого изготовлены кольцевые тросовые упругие элементы.