Модернизация кабины трактора МТЗ Беларус-1221 (конструкторская часть дипломного проекта)

СОДЕРЖАНИЕ

4 Конструкторская разработка...

4.1Системы подрессоривания кабин современных тракторов...
4.2 Требования к виброизоляторам кабин тракторов
4.3 Обзор патентных устройств для гашения колеба-ний...
4.4 Обоснование предлагаемой модернизации
4.5 Описание конструкторской разработки...
4.6 Оценка плавности хода...
4.7 Расчет пружин виброизолятора









4.КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА

Степень универсальности современных тракторов постоянно повышается. Каждый современный трактор должен быть приспособлен к выполнению все большего числа разнообразных тяговых, транспортных и иных работ, поэтому все более сложными становятся их конструкции. Для повышения производительности труда энерговооруженность тракторов постоянно увеличивается, увеличиваются скорости движения тракторных агрегатов. Но это неизбежно приводит к увеличению динамической нагруженности деталей ходовой части и трансмиссий и повышению уровня генерируемых при этом колебаний, вследствие чего увеличивается вибронагруженность рабочего места оператора [9].
Динамические и вибрационные нагрузки отрицательно воздействуют на узлы и детали самого трактора, на окружающую среду и на оператора. В трансмиссии и ходовой части они вызывают постоянные нарушения пространственного расположения и законов движения деталей, вследствие чего в их материале накапливаются усталостные повреждения. Вибрации двигателя на его подвеске приводят к ухудшению показателей топливной экономичности. Вибрация деталей ходовой части оказывает вредное воздействие на структуру обрабатываемой почвы и угнетающе действуют на возделываемые культуры. В особо важной степени вибрационные нагрузки оказывают влияние на работоспособность и здоровье оператора. Постоянное долговременное дей-ствие вибраций приводит к его повышенной утомляемости и увеличению количества ошибок в управлении, что в итоге сказывается на производительности тракторного агрегата.
Особенностью сельскохозяйственного производства является условие его проведения при постоянно изменяющихся параметрах производственной среды, которая, в свою очередь, является продуктом природных процессов и производственной деятельности человека. Подавляющее большинство из сельскохозяйственных технологических машин являются мобильными снабженными пневматическими колесными движителями. Использование этих машин происходит в различных условиях:
- на поверхности с малой несущей способностью (поле, пахота, заболоченная луговина, размытые грунтовые и полевые дороги, глубокий снег и др.);
- на поверхности с высокой несущей способностью (автомобильные асфальтобетонные дороги, дороги с щебеночным и гравийным покрытием, сухие укатанные грунтовые дороги и др.) [9].
При этом одни и те же машины эксплуатируются как на опорных поверхностях с малой несущей способностью, так и на твердых дорогах. Соотношение поверхностей качения для колесных машин различно. Так, до 95 % технологических машин (зерноуборочные и кормоуборочные комбайны и др.) работают в условиях поля, и только 5 % – в условиях дорог с твердым покрытием. Транспортные машины, используемые на перевозе выращенного урожая и других грузов по поверхностям с малой несущей способностью, распределяются следующим образом: тракторы – 60,65 %, автомобили – 35,40 %, а на опорных поверхностях с высокой несущей способностью это соотношение выглядит иначе: тракторы 40,35 %, автомобили – до 60 %. Причем в зимнее время использование автомобилей на поверхностях с высокой несущей способностью доходит до 90 % [9].
В то же время, в силу физиологических и экономических причин, возможности адаптации человека и мобильной машины к естественным колебаниям параметров производственной среды весьма ограничены. Возникающие в связи с этим рассогласования между отдельными элементами системы «человек-трактор-среда» приводят к резкому возрастанию числа технических и технологических отказов, которые ухудшают условия труда оператора, тем самым косвенно подвергая его травмированию.
Известно также, что центральное место при изучении вопроса вероятности травмирования людей в системе «человек-трактор-среда» занимает подсистема «человек», то есть конкретный исполнитель, участвующий в процессах управления машиной, выполнения технологических операций в конкретной производственной среде. Это подтверждается статистическими данными о травматизме на сельскохозяйственном производстве, которые свидетельствуют о том, что около 10 % всех несчастных случаев происходят по причине ошибочных действий оператора. Низкий уровень безопасности технологического процесса в АПК усугубляется еще и тем, что средства безопасности, устанавливаемые на сельскохозяйственные машинах, разрабатываются без учета биологически предопределенной вероятности принятия оператором ошибочных действий. Поэтому высокая квалификация оператора помогает ограничить количество ошибочных (неправильных) действий и, следовательно, повысить уровень безопасности самого оператора. Это касается и травматизма с летальным исходом, который среди операторов мобильных сельскохозяйственных машин составляет около 13 % от всех погибших на производстве .
Обеспечивать надежную защиту оператора от вибраций, генерируемых двигателем, трансмиссией, ходовой системой и рабочими машинами, должны системы подрессоривания кабины и сиденья.
Особенно эффективная защита оператора необходима при работе в условиях бездорожья. в которых наиболее часто и осуществляется эксплуатация тракторов. Требования, касающиеся условий работы оператора, также постоянно повышаются. В связи с этим должны непрерывно совершенствоваться конструкции и характеристики систем подрессоривания кабин и сидений оператора.
В настоящее время в системах подрессоривания кабин и сидений операторов в самых разных сочетаниях используются виброизоляторы с металлическими упругими и демпфирующими элементами, с элементами из эластомеров, с комбинированными (эластомерно-металлическими) элементами, с пневматическими и гидравлическими упругими и демпфирующими элементами. Однако, несмотря на многолетние усилия больших коллективов инженеров-конструкторов и научных работников в направлении совершенствования этих систем подрессоривания. проблему шумовибро-защиты в эксплуатации рабочего места оператора трактора нельзя считать разрешенной, о чем свидетельствуют многочисленные публикации [9]. Сложность окончательного разрешения проблемы объясняется ее достаточно высокой наукоемкостью. для машин новых генераций - появлением все большего числа нагрузок со сложными законами изменения в диапазоне средних и высоких частот, достаточно высокой сложностью анализа процессов формирования шума и вибраций на рабочем месте оператора. сложностью и трудоемкостью создания современных систем подрессоривания.
4.1 Системы подрессоривания кабин современных тракторов

В настоящее время для подрессоривания кабин современных отечественных тракторов наиболее часто используются пружинные виброизоляторы и виброизоляторы из эластомеров [9]. Их конструкции, места размещения, способы соединения с рамой или с корпусом трансмиссии, с полом или стойками кабины у каждой машины разные. Одной из самых распространенных является четырехточечная схема расположения виброизоляторов (рисунок 4.1).
Системы подрессоривания кабин современных зарубежных тракторов включают в себя пружинные виброизоляторы, виброизоляторы из эластомеров, пневматические и гидравлические упругие элементы и гасители колебаний, механические и иные стабилизаторы подвески [9].
Одной из самых передовых конструкций [9] является подвеска AutoComfort компании Valtra (рисунок 4.2). Совместная работа подвески кабины на четырех опорах и пневматической подвески передней оси сглаживает колебания кабины, значительно повышая комфорт вождения и производительность труда. В передней части подвески кабины устанавливается два пневматических упругих элемента 1. Сзади кабина крепится к раме при помощи двух ударопоглатителей и амортизаторов 2. Диагональная тяга, расположенная на правой стороне кабины, в качестве стабилизатора поперечной устойчивости препятствует ее боковому раскачиванию. Ограничители динамического хода предотвращают чрезмерные перемещения кабины в опасных ситуациях.



Рисунок 4.1 – Размещение виброизоляторов по четырехточечной схеме



Рисунок 4.2 – Схема подвески AutoComfort компании Valtra

Одной из самых передовых и эффективных считается также подвеска кабин тракторов фирмы John Deere (рисунок 4.3), в которой используются пружины и гидравлические амортизаторы. Работа подвески хорошо согласована с работой подвески сиденья водителя с улучшенными характеристиками гашения колебаний, а также пневматической подвески передней оси машины. Совместная работа подвесок и совершенная система шумоизоляции способствуют тому, что условия труда оператора трактора по комфорту сравнимы с условиями труда водителя легкового автомобиля. Механическая система стабилизации подвески обеспечивает стабилизацию ее положения в вертикальном и боковых направлениях.
Кабина тракторов John Deere серии 6М установлена на двух полностью интегрированных амортизаторах, которые поглощают вибрации, проходящие через раму. Ход подвески составляет +/-50 мм.



Рисунок 4.3 – Механико-гидравлическая подвеска кабины
трактора John Deere с монтажом

Помимо более плавного перемещения, подвеска обеспечивает более эффективную изоляцию кабины от шума и вибрации двигателя, трансмиссии и шасси по сравнению с базовой кабиной.
Трактор Fendt 700 Vario (рисунок 4.4) оснащен пневматической подвеской кабины, обеспечивающей исключительный комфорт при движении. Четырехточечная пневматическая подвеска кабины идеально сглаживает все неровности поверхности.

Очень удобное кресло Evolution с поясничной опорой позволяет полностью расслабиться. Воздух для подвески подается от компрессора машины, сиденье адаптируется к весу оператора.
Опоры кабины VisioPlus оптимизированы для поглощения неприятных наружных шумов. Кабина Fendt VisioPlus очень просторна и удобна. Пневматическая подвеска кабины установлена на четырех опорах с функцией самовыравнивания: кабина опирается на два конических подшипника впереди и на две пневмопружины сзади.
Кабина с двухступенчатой подвеской с пневматическими упругими элементами баллонного типа для сельскохозяйственных колёсных тракторов Challenger MT500B Techstar (рисунок 4.5) устанавливается по дополнительному заказу и обеспечивает оператору максимальный комфорт при работе.


Рисунок 4.4 – Пневматической подвеской кабины трактора Fendt 700 Vario
Пневмоподвеска кабины способна обеспечить оптимальный комфорт при различных условиях работы. Жесткость подвески для различных полевых или дорожных условий регулируется нажатием переключателя. Эта передовая конструкция кабины отмечена специальными наградами и позволяет с высокой степенью эффективности снижать низкочастотные вибрации, при этом использовано минимальное количество механических соединений между кабиной и трансмиссией, что улучшает шумоизоляцию кабины.



Рисунок 4.5 – Двухрежимная (полевой и дорожный) пневматическая подвеска
кабины колёсного трактора Challenger МТ500В TECHSTAR Features
4.2 Требования к виброизоляторам кабин тракторов

Анализ технических решений и способов управления упругими и демпфирующими характеристиками виброизоляторов (рисунок 5.6), а также (и прежде всего) анализ условий их работы позволили сформулировать ряд требований к свойствам этих виброизоляторов. Наиболее подходящими для подрессоривания кабин тракторов являются виброизоляторы со следующими
свойствами:
• с высокой надежностью и долговечностью;
• не требующие частого технического обслуживания и регулировок в процессе эксплуатации;
• сохраняющие постоянство упругих и демпфирующих свойств в течение всего времени эксплуатации;
• способные эффективно работать в диапазонах низких, средних и высоких частот воздействий;
• с автоматически адаптационно подстраивающейся под характер воздействий упруго-демпфирующей характеристикой;
• способные, кроме осевых, воспринимать боковые нагрузки и эффективно гасить вертикальные, продольно-угловые и поперечно-угловые колебания кабины.
В настоящее время этому списку требований наиболее полно удовлетворяют виброизоляторы, содержащие комбинацию воспринимающих осевые и боковые нагрузки металлических, резиновых, иногда пневматических упругих элементов, при формировании упругой характеристики работающих параллельно или последовательно, и комбинацию демпферов, также параллельно или последовательно работающих при формировании демпфирующей характеристики.
Проанализированы достоинства и недостатки каждого из способов управления характеристиками таких виброизоляторов.
4.3 Обзор патентных устройств для гашения колебаний

Повышение мощности и скоростей движения мобильных машин приводит к увеличению уровня колебаний (вибрации) остова машины. Систематическое воздействие повышенной вибрации оказывает отрицательное влияние на здоровье человека-оператора (оператора): снижается работоспособность, развивается вибрационная болезнь, увеличивается вероятность несчастных случаев. Вибрационное воздействие на человека-оператора мобильных машин регламентируется ГОСТ 12.1.02, учитывающим особенности воздействия вибрации на организм человека. В международной практике получил распространение стандарт ИСО 2631, который устанавливает более жесткие, по сравнению с отечественным, требования на вертикальную вибрацию в широком диапазоне частот от 0,63 до 125 Гц. Выполним патентный обзор устройств для гашения колебаний действующих на кабину мобильной сельхозмашины.


Рисунок 5.6 – Классификация виброизоляторов
Амортизатора содержит (рисунок 4.7): упругий элемент 1, установленный между внутренним конусным стаканом 2 и наружным конусным стаканом 3, которые связаны между собой посредством направляющего болта 4 и гайки 5.



1 – упругие элементы; 2 – внутренний конусный стакан;
3 – внешний конусный стакан; 4 – направляющий болт;
5 – гайка; 6 – шпилька; 7 – гайка; 8 – пол кабины; 9 – гайка.
Рисунок 4.7 – Устройство для гашения колебаний

Способ гашения вибраций осуществляется следующим образом. Упругий элемент 1, посредством направляющего болта 4 и гайки 5, подвергают предварительной нагрузке. Величина нагрузки кратна отношению массы оборудования к количеству используемых упругих элементов, работающих на коаксиальный сдвиг. Посредством шпилек 6 устанавливают амортизатор на фундамент и с помощью гаек 7 фиксируют деформацию, которой подвергся упругий элемент 1 в результате предварительной нагрузки, созданной посредством направляющего болта 4 и гайки 5, затем на направляющий болт 4 устанавливают кабину 8 и закрепляют гайкой 9.
В процессе гашения вибраций независимо от направления знакопеременных нагрузок, упругий элемент 1 подвергают деформациям сжатия, коаксиального сдвига и радиального сдвига независимо от направления знакопеременных нагрузок. Например, при движении оборудования 8, находящегося в состоянии покоя вниз, вибрация гасится посредством того, что наружный конусный стакан 3 перемещается вниз и подвергает деформации сжатия, коаксиального сдвига и радиального сдвига упругий элемент 1. При движении оборудования 8 вверх вибрация гасится посредством того, что внутренний конусный стакан 2 посредством направляющего болта 4 перемещается вверх и также подвергает упругий элемент 1 деформациям сжатия, коаксиального сдвига и радиального сдвига.
Таким образом, предлагаемый способ гашения вибраций ограничивает равными усилиями перемещения кабины при вибрации независимо от направления знакопеременных нагрузок и тем самым снижает высоту амплитуды колебаний кабины, что обеспечивает повышение срока её эксплуатации.
Резинометаллический амортизатор (рисунок 4.8) содержит два, установленных под углом один к другому упругих элемента 1, закрепленные на основании 2 и на опоре 3, которые в свою очередь кинематически связаны между собой болтом 4, которым осуществляют предварительную нагрузку амортизатора. Упругие элементы 1 шарнирно смонтированы на основании 2 с помощью осей вращения 5 и кронштейнов 6, закрепленных на пластинах 7 упругих элементов 1, а также кронштейнов 8, закрепленных на основании 2.



1 – упругие элементы; 2 – основание; 3 – опора; 4 –болт;
5 – ось вращения; 6 – кронштейн; 7 – пластина; 8 – кронштейн;
9, 10 – паз; 11 – наклонная поверхность; 12 – конусная поверхность.
Рисунок 4.8 – Резинометаллический амортизатор

Для изменения кинематики амортизатора и, следовательно, его технических характеристик на кронштейнах 6 и кронштейнах 8 выполнены пазы 9 и 10, а на основании 2 выполнены монтажные наклонные поверхности 11, параллельные конусной поверхности 12 основания 2.
Резинометаллический амортизатор работает следующим образом [9].
В исходном положении, без нагрузки, упругие элементы 1 в сечении имеют вид прямоугольника. В процессе нагружения опоры 3 последняя перемещается вниз в основании 2, в результате чего конусной поверхностью 12 опоры 3 и кронштейнов 6, закрепленных на пластинах 7, упругие элементы 1 поворачиваются вокруг осей вращения 5, смонтированных в кронштейнах 8, которые закреплены на монтажных наклонных поверхностях 11 основания 2. В результате упругие элементы 1 деформируются следующим образом. В зоне «а» от верхнего края упругого элемента 1 до оси вращения 5 упругий элемент 1 подвергается деформации сжатия и сдвига. В зоне «б» от оси вращения 5 упругого элемента 1 до его нижнего края упругие элементы 1 подвергаются деформации растяжения и сдвига. Причем процент деформации каждой зоны «а» и «б» упругого элемента 1 увеличивается прямо пропорционально расстоянию от оси вращения 5.
Для изменения технических характеристик резинометаллического амортизатора достаточно изменить кинематику амортизатора. Например, увеличить просадку опоры 3 и уменьшить частоту собственных колебаний резинометаллического амортизатора. Для этого по пазам 9 перемещают кронштейн 6 относительно пластин 7 упругих элементов 1 вверх на определенную величину. На эту же величину по пазам 10 перемещают вверх кронштейны 8 по наклонной поверхности 11 относительно основания 2, то есть меняют отношение размера зоны «а» к размеру зоны «б».
Резиновый виброизолятор (рисунок 4.9) содержит корпус, выполненный в виде верхней конической крышки 1 и конического основания 2, между которыми расположен упругий элемент, выполненный из двух симметричных частей конической формы, верхней 4 и нижней 3, которые связаны между собой своими поверхностями, имеющими больший диаметр, посредством упругой ленты 11, прошитой упругой нитью 12. Противоположные поверхности упругого элемента соединены с установочными шпильками 5 и 6, которые расположены соосно и осесимметрично частям упругого элемента конической формы верхней 4 и нижней 3 [9].
Установочная шпилька 5 своей цилиндрической частью входит в отверстие упругого элемента 3 и буртиком 10 посредством гайки 8 притягивает его к коническому основанию 2. Установочная шпилька 6 своей цилиндрической частью входит в отверстие упругого элемента 4 и буртиком 9 посредством гайки 7 притягивает его к конической крышке 1.
Резиновый виброизолятор работает следующим образом. При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного на шпильке 6, упругий резиновый элемент воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий или борт летательного аппарата или мобильного транспортного средства. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей упругого элемента коническими позволяет обеспечить равнопрочность и экономичность резины (эластомера) [9].




1 – коническая крышка; 2 – коническое основание; 3, 4 – упругий элемент;
5, 6 – шпилька; 7, 8 – гайка;9, 10 – буртик; 11 – упругая лента; 12 – упругая нить.
Рисунок 4.9 – Резиновый виброизолятор



1 – корпус; 2 – отверстие; 3 – упругий элемент; 4 – крышка;
5 – центральное отверстие; 7 – поршень; 8 – шпилька; 9 – гайка,
10, 11 – шайба; 12 – стопорное кольцо; 13, 14 – коническая
пружина; 15 – эластичный буфер; 16 – кольцо.
Рисунок 4.10 – Пружинный виброизолятор

Пружинный виброизолятор с нелинейным демпфированием (рисунок 4.10) содержит корпус, выполненный в виде плиты 1 с отверстиями 2 и упругими установочными элементами 3, прикрепленными к нижней поверхности плиты 1. К плите 1 крепится крышка 4, выполненная в виде перевернутого стакана с центральным отверстием 5. С внутренней поверхностью крышки 4 взаимодействует поршень 7 из фрикционного материала, соединенный с установочной втулкой 6, соосной с центральным отверстием 5 крышки 4. Поршень 7 крепится к установочной втулке 6 посредством резьбовой шпильки 8, верхней 10 и нижней 11 шайб, притягиваемых гайкой 9. Внутри поршня 7, соосно с ним, расположены по меньшей мере два упругих стопорных кольца 12. Поршень 7 подпружинен верхней конической пружиной 13 относительно крышки 4 и нижней конической пружиной 14 относительно плиты 1, причем большие основания конических пружин 13 и 14 обращены в сторону соответственно крышки 4 и плиты 1. Нижняя коническая пружина 14 установлена на плиту 1 через кольцевой эластичный буфер 15, внутри которого соосно расположено кольцо 16 из проволочного элемента типа путанки. Конические пружины 13 и 14 выполнены с равными жесткостями.
Пружинный виброизолятор с нелинейным демпфированием работает следующим образом. При колебаниях виброизолируемого объекта конические пружины 13 и 14 воспринимают вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий или борт летательного аппарата или мобильного транспортного средства. Нелинейное демпфирование в системе осуществляется за счет трения поршня 7 о внутренние поверхности стенок крышки 4. Стабильность трения обусловлена наличием упругих стопорных колец 12, которые постоянно создают усилия, прижимающие поршень 7 к крышке 4.
Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения установочной втулки 6, что дает ей определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля внутренних поверхностей крышки 4 гиперболическими позволяет обеспечить нелинейный характер демпфирования в системе. Профиль внутренних поверхностей крышки 4 может быть выполнен коническим с вершиной внутреннего конуса, направленной к плите 1, что позволит обеспечить системе равночастотные свойства.
4.4 Обоснование предлагаемой модернизации

Несмотря на постоянное совершенствование конструкций кабин, операторы отечественных тракторов периодически подвергаются действию таких факторов, как загрязнение рабочей зоны выхлопными газами, неудобная рабочая поза, повышенная температура и запыленность воздуха в кабине, а также повышенные шум и вибрации. Два последних являются не периодически, а постоянно действующими факторами, а потому особенно опасны. Длительное действие этих факторов приводит к снижению работоспособности и ухудшению здоровья оператора. Поэтому конструкторы современных машин должны обеспечивать операторам соответствующую защиту от вибраций. Для этого разрабатываются новые конструкции и технологии изготовления деталей, совершенствуются сборочные операции, а главным образом –создаются и постоянно совершенствуются системы виброзащиты оператора, окружающей среды и узлов трактора.
В результате исследований установлено, что физиологическое восприятие колебаний человеком зависят от частоты, амплитуды, скорости, ускорения и скорости изменения ускорения (резкости) колебаний. Кроме того, физиологические ощущения определяются направлением и длительностью воздействия колебаний на организм человека. Существенное воздействие на организм оказывают также угловые колебания. К низкочастотным относятся колебания с частотой до 17...22 Гц [9], эти колебания воспринимаются организмом как от-дельные циклы. Колебания более высоких частот воспринимаются слитно.
Параметры вибровоздействий на оператора трактора регламентируются ГОСТом 12.1.012-90. В международной практике используется стандарт ИСО 2631-74. Он устанавливает более жесткие, по сравнению с ГОСТом, требования на параметры вертикальных колебаний в диапазоне частот от 0,63 до 125 Гц, в котором находятся частоты большинства имеющих значение возмущений, действующих в эксплуатации на пол кабины.
Устанавливаемые на отечественных тракторах системы подрессоривания кабин и сидений неудовлетворительно защищают оператора от низкочастотных колебаний в диапазоне 1,5...3 Гц [14], поэтому во множестве работ [16] имеются рекомендации о применении возможно более мягких упругих элементов.
Системы подрессоривания сиденья подавляющего большинства отечественных тракторов снабжены механическим упругим элементов (пружиной, торсионом, рессорой). Упругая характеристика таких систем подрессоривания близка к линейной. Системы с механическими элементами чувствительны к изменению величины подрессоренной массы (за счет изменения посадки оператора), кроме того, имеются сложности конструктивного исполнения из-за большого статического прогиба таких элементов. Идеальная работа системы подрессоривания сиденья наблюдается в случае, если она при колебаниях обеспечивает сиденью с оператором ту же амплитуду перемещений, что у пола кабины, но в противоположном направлении [16]. Но в соответствии с требованиями эргономики амплитуда колебаний сиденья ограничена (80 мм). Величина перемещений пола определяется неровностями пути, скоростью движения, кинематикой и жесткостью систем подрессоривания остова и кабины. Из-за не согласованности этих относительных перемещений наблюдаются пробои подвески сиденья и удары в ограничители.
Одними из самых распространенных в системах подрессоривания кабин отечественных тракторов являются высокодемпфированные резиновые и резинометаллические виброизоляторы и демпферы [9]. Эти элементы систем пассивного подрессоривания дешевы, технологичны, не требуют регулировок во время эксплуатации, позволяют реализовать относительно большой упругий ход подвески, обеспечивают гашение ударных воздействий и среднечастотных и высокочастотных динамических нагрузок и имеют нелинейную упругую ха-рактеристику, что позволяет гасить некую полосу частот вибронагрузок. Подобные резиновые виброизоляторы используются для подрессоривания кабин тракторов семейств «Беларус» (рисунок 4.11). Они довольно удовлетворительно зарекомендовали себя в эксплуатации, хотя совершенствованию их конструкции и упруго-демпфирующих характеристик при создании машин новых поколений не уделялось внимания, материал эластомера и конструкция виброизолятора теряют свои виброзащитные свойства в процессе эксплуатации машины.


1 – шплинт; 2 – гайка; 3 – болт, 4 – виброизолятор; 5 – кронштейн крепления кабины
к корпусу муфты сцепления; 6 – кронштейн крепления кабины к полуоси заднего моста.
Рисунок 4.11 – Установка кабины на виброизоляторы

В идеальном случае для подрессоривания кабины каждой машины должны создаваться виброизоляторы с характеристиками, необходимыми для обеспечения комфортной работы оператора именно этой машины. Используя упруго-демпфирующие свойства штатных виброизоляторов подвески кабин этого семейства тракторов, достаточно сложно обеспечить комфортные условия работы оператора, так как их способности гашения низкочастотных колебаний недостаточны [9].
Исходя из вышесказанного в дипломном проекте предлагается модернизировать виброизоляторы кабины трактора «Беларус-1221».
4.5 Описание конструкторской разработки

Крышка крепится к корпусу на шесть винтов и уплотняется с корпусом через уплотнительное и защитное кольца 6.Поршень 4 крепится к штоку через гайку 8.

1 – шток; 2 – крышка; 3 – корпус, 4 – поршень; 5 – конусная пружина; 6-уплотнительные кольца; 7-перепускные отверстия; 8-гайка крепления штока.
Рисунок 4.12 – Конструкторский виброизолятор.

Сам поршень имеет 2перепускных отверстия, для оптимальной работы виброизолятора и уплотнен со стенками корпуса через уплотнительное и защитное кольцо. С верхней и нижней стороны поршня установлены конические пружины 5, большими диаметрами, установленные к крышке и нижней части корпуса. В верхней части крышки выполнена специальное углубление для пружины, для более точной ее установке в виброизоляторе и для оптимального выполнения предназначенной ей функции. Нижняя пружина также в нижней части корпуса установлена в аналогичное углубление.
Виброизолятор работает следующим образом. При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного непосредственно на шток 1, в верхней его части, воспринимает вертикальные нагрузки, опускается в низ. Поршень, установленный на другом конце штока, давит на жидкость, которая в свою очередь перетекает в надпоршневую полость, через 2 специальных отверстия в поршне. Нижняя коническая пружина смягчает резкость восприятия колебаний, а верхняя пружина помогает преодолевать сопротивления масла и нижней пружины. При обратном действии виброизолятора, принцип повторяется.

По данным [4], использование в подрессоривании кабины колесного трактора опытных демпферов обеспечивает снижение величины среднеквадратических значений виброускорения в третьоктавных полосах частот (1–4 Гц) в вертикальном направлении на рабочем месте водителя на 70–75 %, что дает возможность повысить эффективность гашения низкочастотной вибрации на рабочем месте водителя колесного трактора по сравнению с существующей системой виброзащиты. Величина среднеквадратических значений корректированного виброускорения в третьоктавных полосах частот 5–31,5 Гц в вертикальном направлении на рабочем месте водителя колесного трактора снижена на 43–48 %. Приведенные на рисунке 4.13 данные значений столбцов 1 и 2 соответствуют результатам экспериментальных исследований для существующей системы виброзащиты рабочего места водителя колесного трактора, а данные в столбцах 3 и 4 – для системы подрессоривания кабины с опытными демпферами

1, 3 – пол кабины; 2, 4 – сиденье водителя
Рисунок 4.13 – Среднеквадратические значения виброускорения при передвижении колесного трактора по грунтовой дороге со скоростью 10,8 км/ч
Результаты моделирования движения колесного трактора позволили установить, что для достижения минимальных среднеквадратических значений виброускорения на рабочем месте водителя колесного трактора коэффициент жесткости упругого элемента опытного демпфера кабины колесного трактора должен варьироваться в диапазоне 4,0·105–4,5·105 H/м, а коэффициент вязкого сопротивления для амортизатора опытного демпфера кабины должен быть выбран из диапазона 5,0·103–5,5·103 H·c/м [9].

4.6 Оценка плавности хода

Оценочные параметры плавности хода трактора должны характеризовать воздействие колебаний: на тракториста-машиниста. Допустимый уровень колебаний для организма человека ограничен. Это значит, что оценочные критерии плавности хода должны основываться на восприятии колебаний человеком. [9]
Разработкой критериев интенсивности колебаний, допустимой для организма человека, занимались многие советские и зарубежные ученые. В большинстве случаев при экспериментальных исследованиях человек находился в различных положениях (сидя, стоя, лежа) на платформе, которой задавались гармонические или случайные колебания. Ощущения его оценивались субъективно или по объективным показателям (давление крови, температура тела, время реакции и др.). В результате проведенных исследований было установлено, что человек воспринимает колебания вестибулярным аппаратом, глазами, суставами и мышцами, кожей. Колебания передаются через костную ткань и могут действовать непосредственно на внутренние органы. Человеческий организм воспринимает колебания по разному в зависимости от их частоты. В зоне низких частот восприятие колебаний пропорционально ускорениям, в зоне средних частот — скоростям, а в зоне высоких частот — перемещениям. Хотя граничные значения частот различными исследователями получены разные, однако все они отмечают, что человеческий организм наиболее чувствителен к вертикальным колебаниям в диапазоне частот 4...8 Гц и по горизонтальным — I...2 Гц.
В связи с вредным воздействием длительных вибраций на организм человека выработаны нормативы на допустимые уровни вибронагруженности человека. При разработке норм учитывалось, что реакция организма человека на вибрации зависит от частоты воздействий, частотный состав которых принято делить на октавы. Октава — это полоса частот, в которой конечная граничная частота в два раза выше начальной. Каждая октава имеет номер и среднегеометрическую частоту октавной полосы. В табл. 4.1 приведены частотные характеристики.

Таблица 4.1 – частотные характеристики октав вибраций
Номер октавы Средне геометрическая частота, Гц Начальная граничная частота, Гц Конечная граничная частота, Гц
I 1 0,7 1,4
II 2 2,4 2,8
III 4 2,8 5,6
IV 8 5,6 11,2
V 16 11,2 22,4

Каждая октава может быть также разделена на полосы.
Допустимый уровень вибраций, действующих на тракториста-машиниста, опре