ВИБРОЗАЩИТНАЯ ПОДВЕСКА СИДЕНЬЯ Российский патент 2001 года по МПК B60N2/50 

Изобретение относится к виброзащитной технике в области защиты человека - оператора от действия пространственной вибрации и предназначено преимущественно для транспортных средств.

Эффективным средством защиты человека-оператора от вибрации при его работе в положении сидя являются сиденья с виброзащитной подвеской, которые должны обеспечивать комфортные условия работы и исключить преждевременное утомление оператора.

Наименьшее утомление вызывает посадка оператора на сиденьи, когда общий центр масс оператора с посадочным местом и подвесной опорой лежит на вертикальной прямой, проходящей через центр жесткости упругого подвеса. В этом случае общая весовая нагрузка оператора с сиденьем и подвесной опорой будет приложена центрально. Эта нагрузка не создает статического крутящего момента, поворачивающего сиденье с оператором вокруг поперечной горизонтальной оси, проходящей через центр жесткости упругого подвеса. Оператор при выполнении рабочих операций испытывает наименьшее утомление.

При изменении рабочей позы оператора во время выполнения рабочих операций по управлению машиной или обзора рабочего пространства общая весовая нагрузка может стать внецентренной, т.к. линия действия общей весовой нагрузки смещается. В этом случае возникает статистический крутящий момент, поворачивающий сиденье. Возникает как бы "клевание" сиденья вперед и назад. Рабочая поза оператора становится неудобной. Оператор вынужден выбирать или подстраивать свою позу для обеспечения удобства выполнения работы, перенося часть весовой нагрузки на ноги. Это вызывает повышенную утомляемость. При внецентренной весовой нагрузке даже при действии вертикальной вибрации дополнительно появляются угловые колебания сиденья, которые переносятся человеком хуже и требуют в 2-3 раза больше затрат энергии [1, стр. 153, рис. 4.3].

Вертикальная устойчивость к внецентренным нагрузкам решена в подвесках сидений транспортных средств, защищающих оператора в области низких частот только от вертикальных вибраций. Например, в подвеске по а.с. 1486377 [2], которая включает шарнирно связанный с основанием подвески и каркасом сиденья посредством подпружиненных поршней рычажно-направляющий механизм и демпфирующее устройство.

Хотя проблема вертикальной устойчивости к внецентренным нагрузкам решена, но эта подвеска не защищает оператора от низкочастотных горизонтальных вибраций, которые доминируют на большинстве транспортных машин.

Для защиты от пространственной вибрации используются виброзащитные подвески с тросовыми упругими элементами.

Известна виброзащитная подвеска с опорой по а.с. N 1348245 [3], состоящая из верхнего и нижнего оснований, между которыми закреплены тросовые упругие элементы, расположенные по двум концентрическим окружностям и разделенные промежуточной массой, состоящей из диска с подшипником, на оси которого закреплены дополнительные диски. Упругие элементы, закрепленные в основаниях по внутренней концентрической окружности, соединены с дополнительными дисками.

При внецентренной нагрузке на сиденье его поворот вокруг горизонтальной поперечной оси преобразуется в поступательное перемещение сиденья. Вследствие этого "клевание" сиденья не происходит.

Недостатком данной подвески является сложность конструкции: наличие шарикоподшипников и других подвижных опор, а также дополнительных массивных деталей. Кроме того, требуется значительное место под сиденьем для размещения подвески. Это существенно сужает область применения подвески в транспортных средствах.

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является подвеска сиденья транспортного средства по а.с. 1610747 [4], которая состоит из несущей опоры, подвесной опоры, выполненной из вертикальной и горизонтальной частей, а между несущей опорой и вертикальной частью подвесной опоры закреплен основной упругий элемент, состоящий из отрезков стального троса, расположенного по обе стороны подушки сиденья. Между основанием подвески сиденья и подвесной опорой установлен дополнительный упругий элемент - корректор жесткости.

Недостатком прототипа является вертикальная неустойчивость сиденья при внецентренной нагрузке, создаваемой весом оператора при смене его рабочей позы.

Недостаточная вертикальная устойчивость сиденья прототипа обусловлен тем, что основной упругий элемент и корректор жесткости прикреплены к подвесной опоре, практически на одной вертикальной прямой, у переднего края сиденья и, следовательно, центр жесткости будет лежать вблизи подвесной опоры. Общий центр масс оператора с посадочным местом и подвесной опорой при нормальной посадке оператора будет лежать на вертикальной прямой, проходящей через середину сиденья [5]. Вследствие этого весовая нагрузка оператора на подушку сиденья всегда будет внецентренной, т.к. центр тяжести и центр жесткости не лежат на одной вертикальной прямой. В данном случае сиденье будет "клевать" назад и оператор вынужден сдвигаться на передний край сиденья, что приводит к неудобным рабочим позам и повышенной утомляемости оператора.

Таким образом, возникает техническая задача создания подвески сиденья для пространственной виброзащиты оператора, обеспечивающей повышенную вертикальную устойчивость сиденья на подвесной опоре при посадке оператора на подушку сиденья. При этом должна быть сохранена простота конструкции прототипа и свободное пространство под сиденьем.

В предлагаемом изобретении поставленная задача решается разнесением мест крепления основного упругого элемента и корректора жесткости на подвесной опоре. Для этого несущая опора выполняется из двух частей вертикальной и горизонтальной и устанавливается перед подвесной опорой у переднего края подушки сиденья.

Вертикальная часть несущей опоры выполнена в виде двух стоек, расположенных по бокам подушки сиденья и соединенных внизу горизонтальной частью, которая крепится к колеблющемуся основанию. Корректор жесткости также установлен у переднего края подушки сиденья между горизонтальными частями несущей и подвесной опор, причем средняя точка корректора крепится к несущей опоре в вертикальной плоскости симметрии ее вертикальной части (стоек), а концы его тросов крепятся на горизонтальной части подвесной опоры.

Вертикальная часть подвесной опоры устанавливается на противоположном конце сиденья у спинки. Такое расположение подвесной и несущей опор позволяет разнести места крепления основного упругого элемента и корректора жесткости к подвесной опоре, а посадочное место подвешено к несущей опоре в двух вертикальных плоскостях максимально разнесенных между собой и расположенных соответственно у переднего и заднего края сиденья. При этом центр жесткости будет расположен между этими плоскостями [6, стр. 51].

Действительно, линия действия вертикальной составляющей упругих реакций основного упругого элемента (F₁) и корректора жесткости (F₂) будут всегда расположены между F₁ и F₂.

Выбором жесткости основного упругого элемента и корректора жесткости и их расположением относительно переднего и заднего края сиденья обеспечивается оптимальная посадка оператора на сиденье, при которой общая весовая нагрузка оператора с сиденьем и подвесной опорой будет расположена центрально, т.е. на линии действия
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая виброзащитная подвеска сиденья обладает следующими существенно новыми признаками.

1. Несущая опора содержит вертикальную и горизонтальную части.

2. Вертикальная часть несущей опоры выполнена в виде двух стоек, расположенных по бокам подушки сиденья и соединенных внизу горизонтальной частью.

3. Несущая опора установлена перед подвесной опорой у переднего края подушки сиденья, а вертикальная часть подвесной опоры расположена у спинки сиденья.

4. Между горизонтальными частями несущей и подвесной опор установлен корректор жесткости, так, что его средняя точка прикреплена к несущей опоре в вертикальной плоскости симметрии стоек.

Заявителем просмотрена техническая литература по МК B 60 N 1/02, 2/02 МПК B 60 N 2/50, F 16 F 7/12; УДК 629113.042.2(088.8), УДК 626.517, 621.396.6, 622.242/05.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них существенных признаков, сходных с существенными признаками заявляемой виброзащитной подвески.

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

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.

На фиг. 1 - вид подвески сбоку; на фиг. 2 - вид спереди.

Виброзащитная подвеска сиденья (фиг. 1 и 2) с посадочным местом 1 содержит подвесную опору, состоящую из вертикальной части 2 и горизонтальной части 3, на которой крепится подушка сиденья 4 посадочного места 1, несущую опору, состоящую из вертикальной части 5, которая состоит из двух стоек, расположенных симметрично по бокам посадочного места 1 и соединенных внизу горизонтальной части 6. Вся несущая опора устанавливается у переднего края подушки сиденья 4. Горизонтальная часть 6 несущей опоры жестко соединяется с колеблющимся основанием 7. Вертикальная часть 2 подвесной опоры также состоит из двух стоек и устанавливается на другом конце подушки сиденья 4 у спинки посадочного места 1. Основной упругий элемент, состоящий из отрезков тросов 8, закреплен между вертикальной частью 2 подвесной опоры и вертикальной частью 5 несущей опоры по бокам посадочного места.

Корректор жесткости 9 (по а.с. 1261209) установлен между горизонтальной частью 3 подвесной опоры и горизонтальной частью несущей опоры 6. Разведенные концы отрезков тросов 10 корректора жесткости 9 закреплены на подвесной опоре 3, а середина отрезков 10 сведены вместе и закреплены на горизонтальной части 6 несущей опоры в вертикальной плоскости симметрии 11 стоек 5 с возможностью регулировочного перемещения.

После сборки подвеска настраивается, при этом она нагружается грузом, равным весу оператора. Груз располагают на сиденьи таким образом, чтобы общий центр масс груза, сиденья и подвесной опоры располагался так же, как при оптимальной посадке оператора. Поворотом концов тросов основного упругого элемента 8 в местах крепления к вертикальной части несущей опоры и регулировочным перемещением средней части корректора жесткости горизонтальная часть 3 подвесной опоры выравнивается так, чтобы она не имела углового поворота. При этом средняя часть и концы разведенных отрезков тросов 10 корректора 9 должны лежать в одной горизонтальной плоскости.

Подвеска работает следующим образом.

При оптимальной посадке сиденье с оператором опускается до положения статического равновесия, при котором производилась его настройка. В этом случае общая весовая нагрузка системы "оператор с посадочным местом и подвесная опора" является центральной и горизонтальная часть сиденья не будет иметь поворотов вокруг горизонтальной поперечной оси
При изменении рабочей позы оператора и появления внецентренной весовой нагрузки появляются дополнительные силы упругого сопротивления повороту сиденья со стороны основного упругого элемента и корректора жесткости. Так как их места крепления к подвесной опоре максимально разнесены, то угловые повороты сиденья будут в большинстве случаев малы и практически неощутимы оператором.

Подвеска прошла лабораторные испытания в СибГАТИ г. Новосибирска с положительным результатом, кроме того, экспериментальные образцы прошли успешное апробирование на Красноярском алюминиевом заводе.

Источники информации
1. Аруин А.С., Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика. - М.: Машиностроение, 1988, 256 с., стр. 153, рис. 4.3.

2. А.с. СССР N 1486377, М.кл. B 60 N 1/02, 1989. Подвеска виброзащитного сиденья.

3. А.с. СССР N 1348245, М.кл. B 60 N 1/02, 1987, БИ N 40. Опора сиденья транспортного средства.

4. А. с. СССР N 1610747, М. кл. B 60 N 2/02, 1988. Подвеска сиденья транспортного средства (прототип).

5. Вибрации в технике. Справочник. В 6-ти т. - М.: Машиностроение, 1981. - Т. 6. - Защита от вибрации и ударов /Под ред. К.В. Фролова. 1961, 456 с., стр. 373.

6. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М., 1972, 480 с., стр. 51.

Изобретение относится к виброзащитной технике в области защиты человека-оператора от действия пространственной вибрации и предназначено преимущественно для транспортных средств. Виброзащитная подвеска с повышенной вертикальной устойчивостью при внецентренной посадке оператора на сиденье содержит несущую опору с вертикальной и горизонтальной частями. Основной упругий элемент выполнен из четырех отрезков тросов, расположенных попарно по бокам подушки сиденья и закрепленных между вертикальными частями подвесной и несущей опор. Вертикальная часть несущей опоры выполнена из двух стоек, расположенных по бокам подушки сиденья и соединенных внизу горизонтальной частью. Установлена несущая опора перед подвесной у переднего края подушки сиденья. Вертикальная часть подвесной опоры установлена у спинки сиденья. Сиденье закреплено на горизонтальной части подвесной опоры. Корректор жесткости установлен между горизонтальными частями подвесной и несущей опор у переднего края подушки сиденья так, что его средняя точка прикреплена к несущей опоре в вертикальной плоскости симметрии стоек. Технический результат - обеспечение повышенной вертикальной устойчивости сиденья на подвесной опоре при посадке оператора на подушку сиденья, обеспечение простоты конструкции и свободного пространства под сиденьем. 2 ил.

Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую опору, подвесную опору, которая состоит из вертикальной и горизонтальной частей, основной упругий элемент, установленный между несущей опорой и вертикальной частью подвесной опоры, дополнительный упругий элемент - корректор жесткости, причем сиденье установлено на горизонтальной части подвесной опоры, а упругие элементы выполнены из отрезков тросов, отличающаяся тем, что несущая опора содержит вертикальную и горизонтальную части, при этом вертикальная часть выполнена в виде двух стоек, расположенных по бокам подушки сиденья и соединенных внизу горизонтальной частью, и установлена несущая опора перед подвесной у переднего края подушки сиденья, а вертикальная часть подвесной опоры расположена у спинки сиденья, при этом между горизонтальными частями несущей и подвесной опор установлен корректор жесткости так, что средняя точка корректора жесткости прикреплена к несущей опоре в вертикальной плоскости симметрии стоек.