ВИБРОЗАЩИТНАЯ ПОДВЕСКА СИДЕНЬЯ Российский патент 1999 года по МПК B60N2/02 

Изобретение относится к технике защиты человека-оператора от действия пространственной вибрации.

Известны сиденья транспортных средств для защиты человека-оператора от действия пространственной вибрации, содержащие виброзащитные подвески из тросовых элементов ([1] стр. 127-129, рис. 6. 5).

Эти подвески содержат несущую опору (в описании - опорную стойку), подвесную опору, на которой закреплена подушка сиденья, и расположенный между ними упругий подвес на базе стержневых канатных (тросовых) виброизоляторов с преобразованием движения (СКВ-2П, СКВ-НП [1] стр. 127-129).

Существенным недостатком упругих подвесов на базе тросовых виброизоляторов является снижение их демпфирующей способности при больших амплитудах смещения (> 1 мм) ([1], стр. 30, 2-й абзац снизу). В виброзащитных подвесках сиденья такие амплитуды смещений подвесной опоры относительно несущей обычно возникают на резонансных частотах.

При этом существенно ухудшается виброзащитность оператора, сидящего на подушке, прикрепленной к подвесной опоре.

Кроме того, указанные подвески сложны по конструкции, так как виброизоляторы, на базе которых они построены, содержат шарикоподшипниковые и другие подвижные узлы, а также промежуточные массы ([1], рис.2.2в, стр. 39; рис. 3.1, стр. 43).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является виброзащитная подвеска сиденья транспортного средства [2].

Эта подвеска содержит основной упругий подвес, выполненный из отрезков тросов, прикрепленных к несущей и подвесной опорам, а также дополнительный упругий подвес-корректор жесткости, также закрепленный между подвесной и несущей опорой.

Конструкция прототипа проще указанных аналогов, однако обладает тем же существенным недостатком - снижением демпфирующих свойств тросов при увеличении колебаний подвесной опоры.

Таким образом, возникает техническая задача повышения демпфирующей способности упругого подвеса виброзащитной подвески сиденья особенно при больших резонансных смещениях подвесной опоры относительно несущей.

Данная задача решается в предполагаемом изобретении за счет введения в упругий подвес новых элементов-демпферов сухого трения, рассеивающих энергию механических колебаний и преобразующих ее в тепло.

Каждый демпфер выполнен из отрезка троса, один конец которого прикреплен с помощью сферического шарнира к подвесной опоре, а противоположный конец помещен в отверстие несущей опоры с возможностью перемещения в продольном направлении.

Для обеспечения постоянного и стабильного контакта подвижного конца троса демпфера со стенками отверстия в несущей опоре на указанном конце троса закреплена лепестковая пружина, лепестки которой упруго прижаты к боковой поверхности отверстия.

Для увеличения демпфирования при возрастании амплитуд колебательных смещений подвесной опоры относительно несущей отверстие в несущей опоре выполнено в виде двух усеченных круговых конусов, которые соединены между собой большими основаниями.

Выполнение отверстия конусным приводит к увеличению упругой деформации лепестков пружины при смещении ее в сторону меньшей конусности. При этом возрастает упругая сила, создающая давление концов лепестков пружины на боковую конусную поверхность отверстия и соответственно сила трения этих лепестков об указанную поверхность.

Закрепление другого конца отрезка троса демпфера в подвесной опоре выполнено с использованием сферического шарнира. Это позволяет увеличить демпфирование за счет дополнительного сухого трения в сферическом шарнире при смешении несущей опоры относительно подвесной в горизонтальных направлениях. Кроме того, при этом уменьшается влияние поперечной жесткости отрезков тросов демпферов на упругие свойства подвеса.

По сравнению с прототипом заявленная виброзащитная подвеска сиденья обладает следующими существенными признаками:
1) Между несущей и подвесной опорами установлены демпферы. Каждый демпфер выполнен из отрезка троса, один конец которого присоединен к подвесной опоре сферическим шарниром, а другой конец троса снабжен лепестковой пружиной и помещен с возможностью перемещения в отверстие несущей опоры;
2) Лепестки пружины упруго прижаты к боковой поверхности отверстия в несущей опоре;
3) Отверстие в несущей опоре, в которое помещен конец отрезка троса с лепестковой пружиной, выполнено в виде двух усеченных круговых конусов, которые соединены между собой большими основаниями.

Заявителем просмотрена техническая литература УДК 629.113.042.2 (088.8), УДК 628.517.4, УДК 621.396.6, а также авторские свидетельства и патенты по М.кл. В 60 N 1/02, 2/02 F 16 F 7/12.

В более отдаленных аналогах-подвесках сиденья транспортного средства (патент N 583725, а. с. N 1126469), предназначенных для виброзащиты человека-оператора преимущественно от вертикальных вибраций, используются демпферы. В подвеске по а. с. 1126469 демпфер прикреплен шарнирно к подвесной опоре (каркасу сидения по описанию), и несущей опоре (неподвижному основанию по описанию а. с.). При этом использованы цилиндрические шарниры, так как каркас сиденья (подвесная опора) благодаря наличию направляющих рычагов может совершать колебательные движения только в вертикальной плоскости. Таким образом крепление демпфера в указанных аналогах и предполагаемом изобретении существенно различны, конструкция демпфера в аналоге не раскрыта.

В родственной области техники - устройствах виброизоляции радиоаппаратуры транспортных средств (см. [1], рис. 2.2 е; стр. 41, 2-й абзац сверху) для демпфирования колебаний трением упругие элементы выполнены из отрезков тросов, концы которых введены с возможностью перемещения с трением в цилиндрические отверстия, выполненные в деталях, соединенных этими тросами. При этом отрезки тросов выполняют функции упругих элементов, а их концы, закрепленные во втулках, трущихся о боковые поверхности отверстий, являются демпферами.

Недостатком данной конструкции демпфера является нестабильность контакта при вибрационных перемещениях втулки троса в цилиндрическом отверстии и как следствие нестабильность демпфирующих свойств. Эффективность рассеяния энергии вибрации определяется "в основном условиями перемещения втулок" ([1] , стр. 41, конец второго абзаца).

Кроме того, в данной конструкции при увеличении амплитуд колебаний деталей, соединенных отрезками тросов, относительно друг друга, силы трения, а значит, и демпфирование колебаний не возрастают.

В предложенной виброзащитной подвеске функции упругих элементов и демпферов выполняют различные конструктивные элементы.

Упругие элементы, выполняющие функции упругого подвеса подвесной опоры, выполнены из отрезков тросов, неподвижно прикрепленных соответственно к подвесной и несущей опорам.

Демпферы выполнены из других отрезков тросов. Один конец каждого отрезка троса демпфера прикреплен сферическим шарниром к подвесной опоре, а другой помещен в отверстие, выполненное в несущей опоре.

Стабилизация демпфирующих свойств обеспечивается постоянным стабильным контактом подвижного конца троса с боковой поверхностью отверстия в несущей опоре. Для этого на конце троса закреплена лепестковая пружина, лепестки которой упруго прижаты к боковой поверхности отверстия с возможностью перемещения в отверстии.

Для увеличения демпфирования при больших амплитудах колебаний, а также обеспечения одинакового демпфирования при действии вибрации в прямом и обратном направлениях отверстия в несущей опоре выполнено в виде двух усеченных круговых конусов, которые соединены между собой большими основаниями.

Таким образом анализ известных технических решений в исследуемой и родственных областях техники позволяет сделать вывод об отсутствии в них существенных признаков, сходных с существенными признаками заявленной виброзащитной подвески.

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

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 - вид подвески спереди; на фиг. 2 - вид подвески сбоку; на фиг. 3 - представлена конструкция демпфера; на фиг. 4 - положение конца отрезка троса демпфера при вертикальных колебаниях подвесной опоры относительно несущей опоры.

Виброзащитная подвеска сиденья (фиг. 1, 2) с посадочным местом 1 содержит несущую опору 2, подвесную опору 3, на которой крепится каркас 4 сиденья посадочного места 1. Несущая опора 2 неподвижно скреплена с основанием 5. Между несущей опорой 2 и подвесной опорой 3 закреплен основной упругий подвес 6, расположенный по бокам посадочного места 1. Под каркасом 4 размещен корректор жесткости 7, состоящий из двух тросов, середины которых сведены и закреплены на несущей опоре 2, а концы разведены и закреплены на подвесной опоре 3. Демпферы 8 размещены под каркасом 4 между разведенными концами тросов корректора жесткости 7, симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии подвески. Один конец троса 9 демпфера 8 соединен с подвесной опорой 3 сферическим шарнирным соединением 10. Другой конец троса 9 впаян или опресован во втулке 11, на которой закреплена лепестковая пружина 12. Лепестки пружины 12 отогнуты таким образом, что они прижаты с определенным усилием к боковой поверхности конусного отверстия втулки 13, неподвижно соединенной с несущей опорой 2. Лепестковая пружина 12 прикреплена к втулке 11 резьбовым соединением 14.

Корректор жесткости поз. 7 выполнен по а.с. 1261209 B 60 N 1/02.

Виброзащитная подвеска работает следующим образом. При действии пространственной вибрации со стороны основания 5 на несущую опору 2 упругие элементы основного упругого подвеса 6 начинают упруго деформироваться в направлении осей X, Y, Z. Корректор жесткости 7, выходя из неустойчивого среднего положения равновесия, уменьшает жесткость основного упругого подвеса и тем самым обеспечивается низкочастотная виброзащита человека-оператора, сидящего на посадочном месте 1.

При действии вибрации в вертикальном, направлении, если амплитуда перемещений подвесной опоры 3 относительно несущей опоры 2 мала, перемещение лепестков пружины 12 по боковой стенке конусного отверстия втулки 13 будет незначительным. Вследствие этого сила внешнего трения лепестков пружины 12 о боковую поверхность отверстия во втулке 13 будет практически постоянной.

При увеличении амплитуды колебаний подвесной опоры 3 на резонансных частотах увеличится вертикальное перемещение лепестков пружины 12 по конусному отверстию втулки 13 (фиг. 4). При этом будет возрастать и сила давления лепестков пружины 12 на боковую стенку конусного отверстия втулки 13. В этом случае будет возрастать сила трения, а следовательно, и демпфирование резонансных колебаний подвесной опоры 3.

Выполнение боковой стенки-отверстия втулки 13, в котором находится конец троса с лепестковой пружиной 12 в виде двух усеченных круговых конусов, соединенных между собой большими основаниями, позволяет обеспечить одинаковые условия демпфирования при прямом и обратном перемещении подвесной опоры 3 относительно несущей 2 (на фиг. 4 различные положения конца троса при колебаниях подвесной опоры показаны сплошной и пунктирной линиями).

При действии вибрации со стороны основания 5 на несущую опору 2 в горизонтальном направлении подвесная опора 3 смещается относительно несущей опоры 2 также в горизонтальном направлении. При этом конец троса 9 поворачивается в сферическом шарнирном соединении 10. При больших горизонтальных смещениях подвесной опоры 3, кроме поворота, трос 9 изгибается и тянет свой конец с лепестковой пружиной 12 в сторону уменьшения диаметров конусного отверстия. При этом возрастает сила давления лепестков 12 на боковую стенку отверстия во втулке 13. Вследствие этого возрастает сила трения и демпфирования горизонтальных резонансных колебаний подвесной опоры 3. Кроме того, при поворотах конца троса 9 в сферическом соединении 10 происходит дополнительное рассеяние энергии колебаний за счет трения в указанном соединении.

Предлагаемая виброзащитная подвеска сиденья прошла экспериментальную проверку в лаборатории СибГАТИ с положительными результатами.

Источники информации
1. Горбунов В. В., Резников И. Г. Канатные виброизоляторы.- Новосибирск: Наука, 1988.

2. А. с. СССР, N 1610747, кл. В 60 N 2/02, 1988 Подвеска сидения транспортного средства/ Андреев Ю. Д., Никифоров И. С. и др.

Использование: изобретение относится к технике защиты человека-оператора от действия вибрации при работе в положении сидя. Сущность: подвеска обладает повышенным демпфированием, которое обеспечивается введением в конструкцию упругого подвеса специальных демпферов.Каждый демпфер состоит из отрезка троса, один конец которого закреплен на подвесной опоре шарнирно, другому концу троса обеспечена возможность перемещения в двухконусном отверстии несущей опоры. На указанном конце троса закреплена лепестковая пружина, лепестки которой прижаты к боковой поверхности отверстия с возможностью упругого перемещения вместе с концом троса в продольном и поперечном направлениях. Двухконусное отверстие в несущей опоре выполнено в виде двух усеченных круговых конусов, которые соединены между собой большими основаниями. Это позволяет увеличить демпфирование при больших резонансных колебаниях подвесной опоры. Шарнирное крепление троса демпфера в подвесной опоре позволяет уменьшить влияние упругих характеристик тросов демпферов на жесткость упругого подвеса при смещении подвесной опоры относительно несущей в горизонтальном направлении. 4 ил.

Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую опору, подвесную опору и закрепленный между ними упругий подвес, отличающаяся тем, что между несущей и подвесной опорой установлены демпферы, выполненные из отрезков троса, причем крепление конца каждого отрезка троса в подвесной опоре выполнено шарнирным, другой конец каждого отрезка троса снабжен лепестковой пружиной и помещен с возможностью перемещения в отверстие несущей опоры, выполненное в виде двух усеченных круговых конусов, соединенных большими основаниями, а лепестки пружины прижаты к боковой поверхности указанного отверстия с возможностью упругого перемещения в продольном и поперечном направлениях.