Оптимизация конструктивных параметров виброзащитной системы сиденья автогрейдера с квазинулевой жесткостью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Вибрации, возникающие при работе наземных транспортно-технологических машин, ухудшают качество управления, снижают производительность выполняемых работ, отрицательно влияют на состояние здоровья операторов машин. Для уменьшения воздействия вибраций на операторов применяют виброзащитные системы кабины и сиденья.

Цель. Для практического применения разработанной конструкции пассивной виброзащитной системы сиденья оператора автогрейдера на основе параллелограммного механизма, пружины растяжения, троса и роликов, необходимо разработать алгоритм оптимизации значений конструктивных параметров.

Методы. В качестве критерия оптимизации использовалось среднеквадратичное значение ускорения сиденья в неподвижной системе координат, определяемое в результате моделирования перемещений автогрейдера по совокупности стохастических микрорельефов опорной поверхности с различными характеристиками и скоростями. Применялась комплексная имитационная математическая модель автогрейдера с виброзащитными опорами кабины и виброзащитной системой сиденья. Все параметры алгоритма оптимизации и модели были разделены на фиксированные, случайные и варьируемые. К последним относится ряд размеров параллелограммного механизма виброзащитной системы сиденья, коэффициент вязкого трения амортизатора механизма, высота зоны квазинулевой жесткости. В качестве целевой функции выступала зависимость критерия от конструктивных параметров виброзащитного механизма сиденья, которая имеет неявный характер и определяется при помощи имитационной математической модели. На ряд параметров были наложены граничные условия из соображений обеспечения работоспособности механизма, технологичности изготовления его деталей, а также эргономических соображений. Оптимизация значений варьируемых параметров выполнялась Симплекс-методом. При этом часть параметров, однозначно влияющих на значение целевой функции, предварительно максимизировалась, либо минимизировалась в пределах граничных диапазонов.

Результаты. Разработан алгоритм назначения и оптимизации конструктивных параметров виброзащитной системы сиденья автогрейдера с квазинулевой жесткостью, одной из ключевых особенностей которого является возможность подстройки виброзащитной системы сиденья под массу текущего оператора. Приведены примеры применения алгоритма.

Заключение. Алгоритм позволяет определить оптимальные значения конструктивных параметров виброзащитной системы сиденья на основе параллелограммного механизма: размеров параллелограммного механизма, в том числе точек крепления роликов и троса, коэффициента жесткости пружины растяжения, коэффициента вязкого трения амортизатора, параметра подстройки механизма под массу текущего оператора. Ключевой особенностью разработанной виброзащитной системы и алгоритма оптимизации ее конструктивных параметров является возможность подстройки под массу текущего оператора.

Об авторах

Михаил Сергеевич Корытов

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: kms142@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5104-7568
SPIN-код: 2921-4760
Scopus Author ID: 57035238500
ResearcherId: B-5667-2015
https://sibadi.org/about/staff/korytov-mikhail-sergeevich/

доцент, д-р техн. наук, профессор кафедры "Автомобильный транспорт"

Россия, 644080, Омск, пр-т Мира, д. 5

Виталий Сергеевич Щербаков

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет

Email: sherbakov_vs@sibadi.org
ORCID iD: 0000-0002-3084-2271
SPIN-код: 6171-2320

д-р техн. наук, профессор кафедры «Автоматизация и энергетическое машиностроение»

Россия, 644080, Омск, пр-т Мира, д. 5

Ирина Евгеньевна Кашапова

Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет

Email: iriska-97-17-13@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0631-564X
SPIN-код: 8011-6829

аспирант, преподаватель кафедры «Автоматизация и энергетическое машиностроение»

Россия, 644080, Омск, пр-т Мира, д. 5

Список литературы

  1. Aiello G., Vallone M., Catania P. Optimising the efficiency of olive harvesting considering operator safety // Biosystems Engineering. 2019. Vol. 185. P. 15–24. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2019.02.016
  2. Mikheyev V.V., Saveliev S.V., Shushubaeva M.K. Natural adaptation of deformable work tools during vibratory soil compaction and enhancement of there performance // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. Vol. 1260. doi: 10.1088/1742-6596/1260/6/062015
  3. Березин И.Я., Пронина Ю.О., Бондарь В.Н. и др. Моделирование процесса формирования вибрационного нагружения рабочего места оператора промышленного трактора // Тракторы и сельхозмашины. 2016. Т. 83, № 8. С. 14–18. doi: 10.17816/0321-4443-66188
  4. Кузьмин В.А., Годжаев З.А. Сравнительная оценка эффективности виброзащиты активной системы подрессоривания с ПИД-регулированием // Тракторы и сельхозмашины. 2018. Т. 85, № 3. С. 62–67. doi: 10.17816/0321-4443-66407
  5. Подрубалов В.К., Подрубалов М.В., Никитенко А.Н. Применимость различных схем динамической системы колесного трактора при расчетной оценке его вибронагруженности // Тракторы и сельхозмашины. 2014. Т. 81, № 1. С. 20–25. doi: 10.17816/0321-4443-65657
  6. Yang L., Zhen L., Yulong X. et al. Experimental and theoretical analysis for isolation performance of new combined isolation devices under blast loading // Advances in Civil Engineering. 2020. Vol. 2020. doi: 10.1155/2020/8425785
  7. Mian J., Shoushi L., Yong G., Jigang W. The improvement on vibration isolation performance of hydraulic excavators based on the optimization of powertrain mounting system // Advances in mechanical engineering. 2019. Vol. 11. N 5. doi: 10.1177/1687814019849988
  8. Korchagin P.A., Teterina I.A., Rahuba L.F. Improvement of human operator vibroprotection system in the utility machine // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. Vol. 944. doi: 10.1088/1742-6596/944/1/012059
  9. Yang X., Wu H., Li Y., et al. Dynamics and isotropic control of parallel mechanisms for vibration isolation // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2020. Vol. 25, N 4. P. 2027–2034. doi: 10.1109/TMECH.2020.2996641
  10. Chi F., Zhou J., Zhang Q., et al. Avoiding the health hazard of people from construction vehicles: a strategy for controlling the vibration of a wheel loader // Int. J. Environ. Res. Public Health 2017. Vol. 14, N 3. P. 275. doi: 10.3390/ijerph14030275
  11. Nehaev V.A., Nikolaev V.A., Zakernichnaya N.V. Vibration protection of a human-operator based on the application of disturbance-stimulated control mechanism // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. Vol. 1050. P. 012057. doi: 10.1088/1742-6596/1050/1/012057
  12. Bratan S., Kharchenko A., Vladetskaya E., et al. Analysis and synthesis of vibration isolation system of a grinding machine with account of the operational reliability of its elements // Metal Working and Material Science. 2019. Vol. 21. N 1. P. 35–49. doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.1-35-49
  13. Ivanov S., Meleshkova Z., Mikalauskas A., et al. Modeling of nonlinear vibration protection systems of mining machines // Procedia Computer Science. 2019. Vol. 156. P. 292–299. doi: 10.1016/j.procs.2019.08.205
  14. Lyashenko M.V., Pobedin A.V., Potapov P.V. Analysis of possible dynamic vibration dampers uses in tractor cabins suspensions // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. P. 1245–1251. doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.132
  15. Ning D., Sun S., Du H., et al. An electromagnetic variable inertance device for seat suspension vibration control // Mechanical systems and signal processing. 2019. Vol. 133. doi: 10.1016/j.ymssp.2019.106259
  16. Подрубалов В.К., Никитенко А.Н., Подрубалов М.В. Оптимизация системы виброзащиты оператора мобильной машины при случайном кинематическом возбуждении // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. Т. 7, № 2-1. С. 212–220. doi: 10.17816/2074-0530-68324
  17. Корытов М.С. Кашапова И.Е., Щербаков В.С. Условие квазинулевой жесткости статической силовой характеристики параллелограммного механизма виброзащитной системы сиденья // Вестник СибАДИ. 2022. Т.19, № 2(84). С. 144–155. doi: 10.26518/2071-7296- 2021-19-2-144-155
  18. BurianY.A., Silkov M.V., Trifonova E.N. Support with quasi-zero stiffness effect for processing equipment // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2141. doi: 10.1063/1.5122117
  19. Chang Y., Zhou J., Wang K., et al. A quasi-zero-stiffness dynamic vibration absorber // J. Sound Vibr. 2021. Vol. 494. doi: 10.1016/j.jsv.2020.115859
  20. Zhao F., Ji , Ye K., et al. Increase of quasi-zero stiffness region using two pairs of oblique springs // Mechanical Systems and Signal Processing. 2020. Vol. 144. Pp. 106975. doi: 10.1016/j.ymssp.2020.106975
  21. Korytov M.S., Shcherbakov V.S., Titenko V.V., et al. Simulation model for the determination of energy losses during vibrations of the working equipment of a earth-moving machine in the transport mode // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. Vol. 1260. doi: 10.1088/1742-6596/1260/11/112015
  22. Малахов И.И., Суковин М.В. Математическая модель системы «микрорельеф - ходовое оборудование» // Интернет-журнал «Науковедение». 2016. Т. 8, № 2(33). С. 116. doi: 10.15862/14TVN216
  23. Хасанов А.С., Зверева А.И. Графический анализ чувствительности оптимальных решений задач линейного программирования // Вестник МГОУ. Серия: Физика-математика. 2021. № 2. С. 61–76. doi: 10.18384/2310-7251-2021-2-61-76
  24. Попов Л.Д. Об управлении параметрами в итерационных методах линейного программирования, основанных на новом классе гладких внешних штрафных функций // Труды института математики и механики УрО РАН. 2022. Т. 28, № 4. С. 191–200. doi: 10.21538/0134-4889-2022-28-4-191-200

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема конструктивных параметров виброзащитного механизма сиденья.

Скачать (89KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости среднеквадратичного вертикального ускорения сиденья as от коэффициента вязкого трения амортизатора bh, при различных значениях размеров L1 и b и постоянной формуле размера x3=b + 0,05 м: a) при L1=0,4 м; b) при L1=0,8 м; c) при L1=1,2 м.

Скачать (226KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости среднеквадратичного вертикального ускорения сиденья as от коэффициента вязкого трения амортизатора bh, при различных значениях размеров L1 и x3 и постоянном значении размера b = 0,1 м: a) при L1=0,4 м; b) при L1=0,8 м; c) при L1=1,2 м.

Скачать (239KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Блок-схема алгоритма назначения и оптимизации конструктивных параметров виброзащитной системы сиденья на основе параллелограммного механизма.

Скачать (252KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).