Лощенко Алексей Владиславович. Совершенствование подвески сиденья сельскохозяйственного колесного трактора

Краткое описание

Лощенко Алексей Владиславович. Совершенствование подвески сиденья сельскохозяйственного колесного трактора;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»], 2021

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Воронежский государственный аграрный университет
имени императора Петра I»
На правах рукописи

ЛОЩЕНКО АЛЕКСЕЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОДВЕСКИ СИДЕНЬЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА
05.20.1 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Поливаев Олег Иванович
Воронеж - 2022
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИЗ НАУЧНЫХ РАБОТ И ИЗВЕСТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДВЕСОК
СИДЕНИЙ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ 10
1.1 Понятие вибрации и ее влияние на организм оператора 10
1.2 Классификация и пути совершенствования конструкций подвесок
сиденья колесных тракторов 14
1.3 Выводы 41
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ
ТРАКТОРНО-ТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА 42
2.1 Разработка динамической модели колебаний колесного ТТА 42
2.2 Разработка конструкции адаптивной подвески сиденья трактора 58
2.2.1 Расчет рационального объема ПГА1 59
2.2.2 Расчет рационального суммарного объема ПГА1 и ПГА2 60
2.3 Управление упругодемпфирующей характеристикой подвески сиденья .. 63
2.4 Выводы 65
3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 67
3.1 Программа и задачи исследований 67
3.2 Объект исследований 69
3.3 Подбор оборудования для испытаний 71
3.4 Лабораторные испытания 75
3.4.1 Тарирование тензовесов 76
3.4.2 Тарирование тяговой тензобалки 79
3.4.3 Тарирование тензометрических виброакселерометров 81
3.4.4 Определение радиальной жесткости передних и задних шин трактора86
3.4.5 Определение горизонтальной и вертикальной координаты центра
тяжести трактора 88
3.5 Методика проведения дорожных испытаний 90
3.6 Методика проведений полевых испытаний 94
4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .. 100
4.1 Задачи экспериментальных исследований 100
4.2 Результаты лабораторных испытаний 100
4.2.1 Результаты тарировки тензовесов 100
4.2.2 Результаты тарировки тензобалки 102
4.2.3 Результаты тарировки тензометрических акселерометров 104
4.2.4 Результаты определения жесткости шин и координат центра тяжести
трактора 108
4.3 Результаты дорожных испытаний 113
4.4 Результаты полевых испытаний 117
4.4.1 Результаты определения крюкового усилия ТТА при выполнении
транспортных операций 117
4.4.2 Результаты определения уровня виброускорений при установке
серийной и опытной подвесок сиденья оператора ТТА 119
4.5 Оценка сходимости результатов математического моделирования и
полевых испытаний 126
4.6 Рекомендации по перспективным направлениям дальнейшего
совершенствования конструкций подвесок сидений тракторов 128
4.7 Выводы 129
5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИЗДЕРЖЕК НА МОДЕРНИЗАЦИЮ СЕРИЙНОЙ ПОДВЕСКИ СИДЕНЬЯ ОПЕРАТОРА ТТА131
5.1 Расчет себестоимости изготовления 131
5.2 Расчет эксплуатационных издержек при эксплуатации ТТА 133
5.3 Выводы 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 139
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Математическая модель 155
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Расчет объемов пневматической части ПГА 168
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Тарировка тензометрических акселерометров 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Технические характеристики модулей LTR24-2 и LTR212 180
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Патенты, опубликованные по теме работы 182
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Акты внедрения 184
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Г рафические зависимости аппроксимирующих функций
полученные при тарировке тензовесов 186
ПРИЛОЖЕНИЕ З. Профиль исследуемого участка грунтовой дороги 188
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Акт поверки вибропреобразователя АР2037-500-02 189

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработанная четырехмассовая математическая модель вертикальных колебаний колесного ТТА, включающая комплекс показателей (крюковую нагрузку, профиль опорной поверхности, характеристики двигателя и подвески сиденья), что позволяет прогнозировать уровни вертикальных ускорений в раз-личных точках ТТА и допустимую скорость движения. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало, что расхождение результатов составляет 5¬10%.
2. Использование математической модели показало, что с ростом начальной скорости движения колесного ТТА корректированный уровень вертикальных ускорений оператора с серийной подвеской возрастает с 105,5 дБА при скорости движения 5 км/ч до 137,7 дБА при 35 км/ч, в то время как при использовании адаптивной подвески сиденья он составляет 104,6 дБА и изменяется до 129,7 дБА. Наибольший прирост среднеквадратических значений (СКЗ) вертикальных уско¬рений при использовании серийной подвески сиденья наблюдается на 3-й и 6-й октавных полосах со среднегеометрическими частотами (СГЧ) 4 и 31,5 Гц. При использовании опытной подвески сиденья рост СКЗ вертикальных ускорений находится в 5-й и 6-й полосах с СГЧ 16 и 31,5 Гц. Максимальная эффективность опытной подвески сиденья в сравнении с серийной наблюдается на 1-й, 2-й и 3-й октавных полосах с СГЧ 1, 2 и 4 Гц и составляет ~10,4 дБ.
3. Разработано техническое решение адаптивной подвески сиденья (патент на полезную модель № 211255), по которому реализована рациональная упруго-демпфирующая характеристика.
4. Разработана методика определения рациональных объемов пневмогид-равлических аккумуляторов предлагаемой конструкции подвески сиденья, позво¬ляющая подобрать ПГА с рациональным объемом пневматической полости для реализации прогнозируемой упругой характеристики подвески сиденья (УПГА1 = 1,2 л, УПГА2 = 0,6 л).
5. Экспериментальные исследования показали, что опытная подвеска позво¬ляет сохранить уровень вибронагруженности оператора ТТА в пределах, установ- ленных санитарными нормами при движении по грунтовой дороге до скорости V = 35 км/ч. Применение опытной подвески сиденья повышает рабочую скорость на 5 - 10 км/ч по грунтовой дороге. Относительная эффективность разработанной конструкции подвески сиденья в сравнении с серийной составляет от 1,0 до 7,1 дБ на скоростях от 5 до 35 км/ч в октавных полосах частот. Эффективность по кор¬ректированным уровням виброускорений изменяется от 0,9 дБА при скорости движения 5 км/ч до 8 дБА при 30 км/ч. Полученные данные подтверждают высо¬кую эффективность разработанной конструкции адаптивной подвески сиденья.
6. Расчет экономической эффективности ТТА показал целесообразность внедрения предлагаемой конструкции адаптивной подвески сиденья оператора, годовой экономический эффект от ее внедрения на один трактор Belarus-1221.2 составляет 43 214 руб., срок окупаемости - 0,86 года.
7. Результаты диссертационной работы приняты для внедрения в ООО «Брянский тракторный завод» и используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ. Полученные результаты позволяют рекомендовать примене¬ние адаптивной подвески сиденья на колесных тракторах сельскохозяйственного назначения. Объем пневматической части ПГА подвести составляет 0,6 и 1,2 л.
8. Перспективным направлением дальнейшего совершенствования кон-струкций по снижению вибронагруженности оператора мобильных энергетиче¬ских средств являются конструкции подвесок сидений на основе магнитореологи¬ческих, совмещенных с пневматическими или электромагнитными, активно регу¬лируемыми амортизаторами, на которые автором получен патент РФ № 2764210 и патенты на полезные модели РФ № 139995, №176370 и № 206649.