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

Изобретение относится к вибрационной технике в области защиты человека-оператора от действий вибраций при его работе сидя.

Эффективным средством защиты человека, работающего в зоне интенсивной вибрации, являются сиденья с вибразащитной подвеской. Такие сиденья состоят из несущей опоры, жестко связанной с колеблющимся основанием, подвесной опоры, на которой крепится сиденье, а между опорами закрепляется основной упругий подвес (называющийся в аналогах основным упругим элементом) и корректор жесткости (в аналогах дополнительный упругий элемент) (а.с. СССР N 1610747, кл. B 60 1/02, 1990).

Основным недостатком этих виброзащитных подвесок является то, что они в области низких частот защищают человека, в основном, от вибраций в вертикальном (по оси Z) направлении. Но, например, на транспортных средствах действует пространственная низкочастотная вибрация и необходима эффективная виброзащита в вертикальном и горизонтальных направлениях.

Виброзащитная подвеска (а.с. РФ N 1261209, кл. B 60 N 2/02, 1993), выбранная в качестве прототипа, содержит подвесную опору, на которой крепится сиденье, несущую опору, соединяемую с колеблющимся основанием. Основной упругий подвес (в прототипе базовый упругий элемент), закрепленный на несущей и подвесной опорах, выполнен из отрезков стального троса, которые попарно расположены по бокам сиденья. Корректор жесткости имеет Х-образную форму и состоит из двух одинаковых дугообразных отрезков троса. Середины отрезков тросов корректора жесткости жестко соединены между собой и связаны с несущей опорой так, что они не могут свободно смещаться в горизонтальной плоскости. Концы отрезков троса корректора жесткости разведены, поджаты с определенным усилием и закреплены на подвесной опоре.

Основным недостатком данной конструкции подвески является неэффективная вибрационная защита от воздействия низкочастотных горизонтальных вибраций (вдоль осей X и Y).

Это объясняется тем, что отрезки тросов корректора жесткости, соединенные в середине жесткой вставкой, неподвижно прикреплены к несущей опоре. Поэтому при горизонтальных смещениях подвесной опоры они создают дополнительное упругое сопротивление, увеличивая жесткость упругого подвеса в целом, в горизонтальных направлениях.

В прототипе основной упругий подвес и корректор жесткости соединены параллельно. При параллельном соединении упругих элементов жесткость упругой системы равна сумме жесткости элементов
C_Σ = C_оп + C_кж,
где C_Σ жесткость системы;
C_оп жесткость основного подвеса;
C_кж жесткость корректора жесткости.

При действии вертикальной вибрации упругие элементы корректора жесткости имеют отрицательную жесткость (они обладают положением неустойчивого равновесия по оси Z) и совместно с основным упругим подвесом обеспечивают режим квазинулевой жесткости, при этом
C_Σ = C_оп - C_кж → 0.

При смещениях в горизонтальных направлениях (по оси X и Y) корректор жесткости не имеет режима отрицательной жесткости и поэтому увеличивает суммарную жесткость упругого подвеса.

Вследствие этого существенно возрастают резонансные частоты подвесной опоры в горизонтальных направлениях, и поэтому виброзащитные свойства подвески проявляются на более высоких частотах.

Экспериментальные исследования, проведенные с прототипом, показали, что жесткость к горизонтальным продольным смещениям в 40-50 раз (рис. 8, кривая 3, по оси X), к поперечным горизонтальным смещениям в 5-6 раз (рис. 8, кривая 1, по оси Y) больше, чем жесткость к вертикальным упругим смещениям (рис. 8, кривая 2).

В соответствии с требованиями стандарта по вибрационной безопасности человека-оператора его виброзащита должна обеспечиваться по всем направлениям действия вибрации. Поэтому возникает техническая задача: сохраняя малую жесткость к вертикальным смещениям, несущую способность и габариты прототипа, создать упругий подвес с малой жесткостью в отношении смещений в горизонтальной плоскости.

Данная техническая задача решается соединением середины корректора жесткости, подвижного в горизонтальной плоскости, с несущей опорой. Для этого середины отрезков троса корректора жесткости крепятся на втулке симметрично относительно центрального отверстия. Через это отверстие с радиальным зазором проходит стержень, один конец которого соединен с несущей опорой с возможностью регулировочного перемещения в вертикальном направлении, на другом конце стержня закреплено ограничительное устройство, которое позволяет втулке свободно перемещаться только в горизонтальной плоскости. На стержень в районе отверстия втулки, через которое он проходит, надета втулка из упругого материала, например резины.

Такая конструкция корректора жесткости, когда его средняя часть в виде втулки с закрепленными на ней отрезками троса может свободно перемещаться при горизонтальных смещениях несущей опоры, позволяет исключить влияние упругости тросов корректора жесткости на общую жесткость подвески в горизонтальном направлении.

В этом случае в работе участвует только основной упругий подвес. При больших горизонтальных вибрациях, когда стержень коснется стенок втулки, в работу вступают упругие элементы корректора жесткости и он действует уже как упругий упор. Упругая втулка на стержне позволяет смягчить удар стержня о стенки отверстия втулки.

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

1. Середины отрезков тросов корректора жесткости закреплены на втулке симметрично относительно ее центрального отверстия.

2. Через центральное отверстие втулки с радиальным зазором проходит стержень, один конец которого через регулировочное устройство неподвижно соединен с несущей опорой.

3. На стержне установлено ограничительное устройство, которое позволяет втулке свободно перемещаться только в горизонтальной плоскости и исключает свободное перемещение втулки относительно стержня в вертикальном направлении.

Предложенная совокупность отличительных признаков представляет новое техническое решение поставленной задачи и соответствует изобретательскому уровню.

На фиг. 1 дан вид подвески спереди; на фиг. 2 вид сбоку; на фиг. 3 - конструкция устройства ограничения; на фиг. 4 крепление тросов корректора на втулке.

Виброзащитная подвеска сиденья (фиг. 1, 2) с посадочным местом 1 содержит подвесную опору 2, на которой крепится каркас 3 посадочного места 1 (сиденья). Несущая опора 4 связана с колеблющимся основанием 5. Основной упругий подвес 6 состоит из четырех отрезков троса, которые попарно расположены по обе стороны посадочного места 1 и закреплены на подвесной 2 и несущей 4 опорах. Корректор жесткости 7 (фиг. 1, 2) концами отрезков троса 8 закреплен на подвесной опоре 2, а его середина стержнем 9 через регулировочное устройство по массе оператора 10 соединена с несущей опорой 4. Верхняя часть стержня 9 проходит через втулку 11 с радиальным зазором. Величина зазора выбирается так, чтобы при рабочих горизонтальных вибрациях стержень 9 не касался боковых поверхностей втулки 11. Устройство ограничения в данной конструкции состоит из двух шайб 12, расположенных на стержне 9 по обе стороны втулки 11 с возможностью ее перемещения в горизонтальной плоскости и которые удерживают ее с закрепленными на ней отрезками тросов 8 от свободного перемещения в вертикальном направлении. Вертикальное положение втулки 11 определяется настройкой подвески по массе человека-оператора регулировочным устройством 10. На стержень 9 в районе отверстия втулки 11 надета втулка 13 из упругого материала, например резины.

Силы трения между втулкой 11 и шайбами 12 ограничительного устройства (фиг. 3) обеспечивают дополнительное демпфирование колебаний в низкочастотной области в горизонтальном направлении.

Перед работой подвеска настраивается на вес оператора с помощью устройства регулировки 10.

Виброзащитная подвеска работает следующим образом. При действии пространственной вибрации на подвеску упругие элементы основного упругого подвеса 6 начинают упруго деформироваться в направлении осей X, Y, Z. Корректор жесткости 7, выходя из неустойчивого положения равновесия, уменьшает жесткость основного упругого подвеса, и тем самым создается низкочастотная виброзащита по оси Z.

При действии вибраций в горизонтальном направлении средняя точка корректора свободно смещается в горизонтальной плоскости, и поэтому упругие свойства корректора практически не влияют на общую жесткость упругой системы, а виброзащитные свойства подвески проявляются на более низких частотах, чем у прототипа. Влияние корректора становится существенным, когда стержень 9 соприкасается с боковой стенкой втулки 11. Диаметры втулки стержня 9 и отверстия втулки 11 выбираются так, чтобы при горизонтальных вибрациях в рабочем диапазоне не происходило их соприкосновения. Это соприкосновение может происходить в некоторых ситуациях, когда, например, транспортное средство резко наклоняется при больших неровностях дороги.

При этом, чтобы не происходило жесткого удара стержня 9 о стенки отверстия втулки 11, на стержень надевается упругая, например резиновая, втулка 13. Кроме того, корректор жесткости выполняет при этом роль упругого упора.

В настоящее время разрабатывается техническая документация на опытный образец подвески сиденья транспортного средства для использования на тяжелых энергонасыщенных тракторах типа "Kamatsu".

Использование: в виброзащитной технике. Предложенная подвеска предназначена для защиты человека-оператора от действия вибрации при его работе сидя. Сущность: виброзащитная подвеска осуществляет эффективную защиту человека не только от вертикальных вибраций, но и от низкочастотных горизонтальных (вдоль осей X и Y) вибраций за счет уменьшения суммарной жесткости упругого подвеса при смещениях в горизонтальной плоскости. Это достигается за счет исключения влияния упругости тросов корректора жесткости на общую жесткость подвески в горизонтальных направлениях. Для этого середина отрезков тросов корректора жесткости закреплена на втулке симметрично относительно центрального отверстия, через которое с радиальным зазором проходит стержень, один конец его соединен с несущей опорой с возможностью регулировочного перемещения. На другом конце закреплено ограничительное устройство, которое позволяет втулке свободно перемещаться только в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости за счет корректора жесткости реализуется режим квазинулевой жесткости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую и подвесную опоры, между которыми установлены основной упругий подвес и корректор жесткости, состоящий из двух отрезков троса, концы которых разведены и прикреплены к подвесной опоре, а середины сведены и прикреплены через регулировочное устройство к несущей опоре, отличающаяся тем, что середины отрезков тросов корректора жесткости закреплены на втулке симметрично относительно центрального отверстия, через которое с радиальным зазором проходит стержень, соединенный через регулировочное устройство с несущей опорой, при этом на стержне установлено устройство ограничения свободного смещения втулки относительно стержня в вертикальном направлении. 2. Виброзащитная подвеска по п.1, отличающаяся тем, что устройство ограничения выполнено в виде двух шайб, расположенных на стержне по обе стороны втулки с возможностью ее свободного смещения в горизонтальной плоскости.