兀光波，考希賓，楊巧麗，閆金海，孔 巍，王延琦，肖 盼

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司人-機(jī)-環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065;2.陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，陜西 西安 710100)

某型車載榴彈炮底盤平順性評(píng)價(jià)及試驗(yàn)研究

兀光波1，考希賓1，楊巧麗1，閆金海1，孔 巍1，王延琦1，肖 盼2

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司人-機(jī)-環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065;2.陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，陜西 西安 710100)

測(cè)試與評(píng)價(jià)了某型車載榴彈炮底盤平順性，為其振動(dòng)控制與設(shè)計(jì)改進(jìn)提供技術(shù)參數(shù)。連續(xù)記錄車載榴彈炮在兩種路面條件以不同速度行駛時(shí)座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處的三軸向振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)試驗(yàn)記錄到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，得到0.5～80 Hz頻率范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)三個(gè)軸向的 1/3倍頻帶振動(dòng)加速度均方根值，分別按照國(guó)軍標(biāo)的相關(guān)規(guī)定計(jì)算、查表得出駕駛員 “舒適性降低限-允許暴露時(shí)間”及駕駛員的主觀感覺。試驗(yàn)結(jié)果表明，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時(shí)駕駛員全身振動(dòng)暴露的“舒適性降低限-允許暴露時(shí)間”為 0.25—1 h，駕駛員的主觀感覺為不舒服或很不舒服。該車載榴彈炮系統(tǒng)底盤平順性需進(jìn)一步提高。

車載榴彈炮；底盤；平順性；評(píng)價(jià)；測(cè)試

平順性是指避免車輛在行駛過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊使人感到不舒服、疲勞甚至損害健康，或使貨物損壞的性能[1]。車載榴彈炮作為同車輛底盤構(gòu)成一體自身可運(yùn)動(dòng)的火炮，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的底盤系統(tǒng)同樣存在平順性問(wèn)題。車載榴彈炮在行駛過(guò)程中，特別是在較差的道路條件下高速行駛時(shí)，底盤系統(tǒng)振動(dòng)和沖擊不僅會(huì)降低作業(yè)人員乘坐舒適性與作業(yè)工效，還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞，影響火炮系統(tǒng)裝備的可靠性。同時(shí)，為了避免這種情況發(fā)生，駕駛員不得不降低行駛速度，從而間接影響了車載榴彈炮的機(jī)動(dòng)性。因此，針對(duì)車載榴彈炮底盤開展平順性評(píng)價(jià)與試驗(yàn)研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

車載榴彈炮行駛過(guò)程中，作業(yè)人員處于全身振動(dòng)環(huán)境中，應(yīng)參照全身振動(dòng)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)其底盤平順性[2]。目前，關(guān)于裝備行駛過(guò)程中作業(yè)人員全身振動(dòng)的測(cè)試與評(píng)價(jià)研究多集中在坦克、裝甲車輛等裝備方面[3-8]，且主要針對(duì)座椅座墊上方進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量評(píng)價(jià)，未綜合考慮座椅靠背及腳支撐面處的振動(dòng)對(duì)作業(yè)人員舒適性的綜合影響。而關(guān)于車載榴彈炮作業(yè)人員全身振動(dòng)的試驗(yàn)研究較少。筆者首先確定了車載榴彈炮底盤平順性評(píng)價(jià)方法，并選擇某型車載榴彈炮作為研究對(duì)象，在該車載榴彈炮于兩種道路上以不同速度行駛的狀態(tài)下對(duì)駕駛員座椅座墊上方、座椅靠背及腳支撐面處3個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，開展平順性測(cè)試試驗(yàn)，最后采用確定的評(píng)價(jià)方法對(duì)該車載榴彈炮進(jìn)行了平順性評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)方法的確定

1.1 單一頻帶均方根值評(píng)價(jià)

目前，評(píng)價(jià)軍事作業(yè)振動(dòng)環(huán)境對(duì)人員舒適性的影響主要依據(jù)GJB 966—1990《人體全身振動(dòng)暴露的舒適性降低限和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》進(jìn)行，GJB 966—1990等效采用ISO 2631/1—1985《Evaluation of humanexposure to whole-body vibration Part 1：General requirements》，規(guī)定了人體全身振動(dòng)暴露時(shí)，保持人體舒適的振動(dòng)參數(shù)界限和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

由于車載榴彈炮行駛時(shí)屬于多軸向?qū)拵д駝?dòng)，根據(jù)GJB 966—1990，首先應(yīng)對(duì)測(cè)量得到的各測(cè)點(diǎn)x、y、z3個(gè)軸向振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到1～80 Hz頻率范圍內(nèi)20個(gè)1/3倍頻帶中心頻率的加速度均方根值ax、ay、az。再對(duì)ax、ay、az按照各軸向、各頻帶中心頻率相應(yīng)的加速度界限分別進(jìn)行評(píng)定，得到3個(gè)軸向的“舒適性降低限-允許暴露時(shí)間”，并以3個(gè)軸向中最短的允許暴露時(shí)間作為該測(cè)點(diǎn)允許暴露時(shí)間，作業(yè)人員暴露于振動(dòng)環(huán)境中的時(shí)間如果超過(guò)允許暴露時(shí)間，振動(dòng)將引起舒適性降低[9]。

1.2 總加權(quán)加速度均方根值評(píng)價(jià)

由于ISO 2631/1—1985在是否適于評(píng)價(jià)長(zhǎng)時(shí)間的隨機(jī)振動(dòng)以及沖擊較大的振動(dòng)方面仍存在爭(zhēng)議[4]。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1997年對(duì)ISO 2631/1—1985進(jìn)行了全面修訂，我國(guó)也對(duì)應(yīng)修訂公布了GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》。由于車載榴彈炮底盤系統(tǒng)一般采用專用卡車或越野汽車底盤，因此可參照GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》對(duì)其進(jìn)行平順性評(píng)價(jià)。GB/T 4970—2009規(guī)定了振動(dòng)對(duì)人體舒適性感覺的評(píng)價(jià)方法，并給出了主、客觀評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)表。

表1 總加權(quán)加速度均方根值v與人的主感覺之間的關(guān)系

對(duì)比以上兩種評(píng)價(jià)方法，單一頻帶均方根值評(píng)價(jià)僅考慮了橫向(x、y軸向)及縱向(z軸向)中各軸向最短“舒適性降低限-允許暴露時(shí)間”所對(duì)應(yīng)的頻率，而未綜合考慮不同頻率振動(dòng)加速度均方根值的聯(lián)合作用及不同方向、測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的綜合影響。而總加權(quán)加速度均方根值評(píng)價(jià)不僅考慮了人體對(duì)各頻率振動(dòng)敏感程度的不同，計(jì)算對(duì)人體產(chǎn)生影響的0.5～80 Hz范圍內(nèi)各頻率振動(dòng)加速度均方根值，以不同的加權(quán)系數(shù)折算為最敏感頻率(縱向4～8 Hz，橫向1～4 Hz)內(nèi)的加速度均方根值，同時(shí)還給出了不同測(cè)點(diǎn)、軸向的頻率加權(quán)函數(shù)，分別計(jì)算各測(cè)點(diǎn)總加權(quán)加速度均方根值、綜合總加權(quán)加速度均方根值，彌補(bǔ)了采用單一頻帶均方根值評(píng)價(jià)過(guò)程中忽略不同頻率加速度均方根值的聯(lián)合作用及不同方向、測(cè)點(diǎn)振動(dòng)綜合影響的不足。筆者采用以上兩種方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

2 測(cè)試試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)的道路條件包括水泥路面、砂石路面、鵝卵石路面和硬土路面。試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)氣象條件測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)氣象條件測(cè)試結(jié)果

2.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

試驗(yàn)儀器設(shè)備包括：自研AD數(shù)據(jù)采集記錄儀、5313A三向座墊振動(dòng)傳感器、SDLT-S01三向壓電加速度傳感器、自研壓電模擬信號(hào)分析處理軟件。自研AD數(shù)據(jù)采集記錄儀分辨率為16位，帶寬為0～ 5 kHz，采樣率為10 Kib/s。傳感器經(jīng)檢定合格后使用，技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 傳感器技術(shù)參數(shù)表

2.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)時(shí)，1#、2#三向座墊振動(dòng)傳感器分別布置在駕駛員座椅座墊上方及座椅靠背處，以測(cè)量主要、輔助支撐面上的振動(dòng)；三向壓電加速度傳感器安裝在距離車輛油門踏板9.6 cm處，以測(cè)量駕駛員腳支撐面處的振動(dòng)。具體布放位置如圖1～2所示，車體前進(jìn)方向?yàn)閤軸(背至胸)，左右為y軸(右側(cè)至左側(cè))，上下為z軸(腳或臀至頭)。

試驗(yàn)過(guò)程中，AD數(shù)據(jù)采集記錄儀連續(xù)采集、記錄車載榴彈炮在包括砂石路面、鵝卵石路面和硬土路面在內(nèi)的綜合路面上以30、40 km/h勻速行駛時(shí),以及在水泥路面以50、60、70、80 km/h勻速行駛時(shí)，座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處的三軸向振動(dòng)加速度信號(hào)。測(cè)試試驗(yàn)流程如圖3所示。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)果評(píng)價(jià)

3.1 數(shù)據(jù)分析

利用壓電模擬信號(hào)分析處理軟件對(duì)試驗(yàn)采集記錄到的振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到0.5～ 80 Hz頻率范圍內(nèi)座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處3個(gè)測(cè)點(diǎn)x、y、z軸向的 1/3倍頻帶振動(dòng)加速度均方根值。各測(cè)點(diǎn)z軸向的試驗(yàn)結(jié)果如圖4～9所示。

從圖4～9中可以看出，車載榴彈炮以各試驗(yàn)速度行駛時(shí)座椅座墊上方z軸向振動(dòng)峰值，以及在60、70、80 km/h等中高速行駛時(shí)座椅座墊靠背處z軸向振動(dòng)峰值均出現(xiàn)在8 Hz，處于人體承受縱向振動(dòng)加速度時(shí)敏感頻率區(qū)域(4～8 Hz)，因此，車載榴彈炮在中高速行駛時(shí)的z軸向振動(dòng)對(duì)駕駛員的舒適性影響最大。

3.2 結(jié)果評(píng)價(jià)

3.2.1 單一頻帶均方根值評(píng)價(jià)

按照GJB 966—1990規(guī)定的方法，得到車載榴彈炮以各試驗(yàn)速度行駛時(shí)駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處各軸向振動(dòng)的舒適性降低限-允許暴露時(shí)間，如表4所示。

表4 不同速度下駕駛員三軸向振動(dòng)暴露的舒適性

由表4可以看出車載榴彈炮在綜合路面上以30 km/h行駛時(shí)，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動(dòng)允許暴露時(shí)間均為1 h，超過(guò)1 h后振動(dòng)均將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在綜合路面上以40 km/h行駛時(shí)，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動(dòng)振動(dòng)允許暴露時(shí)間分別為0.25、0.25、1 h，超過(guò)0.25 h振動(dòng)將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以50、60 km/h行駛時(shí)，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動(dòng)振動(dòng)允許暴露時(shí)間分別為1、1、2.5 h，超過(guò)1 h后振動(dòng)將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以70 km/h行駛時(shí)，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動(dòng)振動(dòng)允許暴露時(shí)間均為1 h，超過(guò)1 h后振動(dòng)均將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以80 km/h行駛時(shí)，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動(dòng)振動(dòng)允許暴露時(shí)間分別為0.25、1、0.25 h，超過(guò)0.25 h后振動(dòng)均將引起駕駛員舒適性降低。

3.2.2 總加權(quán)加速度均方根值評(píng)價(jià)

表5 不同速度下各測(cè)點(diǎn)總加權(quán)加速度均方根值vj m·s-2

表6 不同速度下v以及其與人的主觀感覺之間的關(guān)系

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比兩種評(píng)價(jià)方法，單一頻帶均方根值評(píng)價(jià)未綜合考慮不同頻率振動(dòng)加速度均方根值的聯(lián)合作用及不同方向、測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的綜合影響。而總加權(quán)加速度均方根值評(píng)價(jià)不僅考慮了人體對(duì)各頻率振動(dòng)敏感程度的不同，還以不同測(cè)點(diǎn)、軸向振動(dòng)加速度均方根值為基礎(chǔ)通過(guò)計(jì)算綜合總加權(quán)加速度均方根值，以人體的舒適性感覺進(jìn)行評(píng)價(jià)。且GB/T 4970—2009也對(duì)應(yīng)于ISO2631-1—1997修訂公布，因此，綜合比較，筆者認(rèn)為GB/T 4970—2009更加全面、準(zhǔn)確。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，車載榴彈炮以各種速度行駛時(shí)的座椅座墊上方z軸向振動(dòng)峰值，以及在中高速行駛時(shí)的座椅靠背處z軸向振動(dòng)峰值均出現(xiàn)在8 Hz，處于人體承受縱向振動(dòng)加速度時(shí)敏感頻率區(qū)域(4～ 8 Hz)，因此，低頻縱向振動(dòng)是引起駕駛員不舒適的主要原因。車載榴彈炮以各種行駛速度行駛時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)強(qiáng)度隨著行駛速度的提高有不同程度的增加，這與實(shí)際情況是相一致的。

按照GJB 966—1990規(guī)定的評(píng)價(jià)方法，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時(shí)，駕駛員全身振動(dòng)暴露的“舒適性降低限允許暴露時(shí)間”為 0.25—1 h，超過(guò)此時(shí)間范圍振動(dòng)將引起駕駛員舒適性降低，而車載榴彈炮乘員的一般作業(yè)時(shí)間要求為4 h，因此，不能在4 h作業(yè)時(shí)間內(nèi)均保持駕駛員良好的舒適性。同時(shí)，按照GB/T 4970—2009規(guī)定的評(píng)價(jià)方法，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時(shí)，駕駛員的主觀感覺為不舒服或很不舒服，說(shuō)明該車載榴彈炮行駛過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)駕駛員乘坐舒適性影響較大，需從車載榴彈炮系統(tǒng)的振動(dòng)控制以及座椅減振設(shè)計(jì)方面進(jìn)行振動(dòng)控制改進(jìn)，以進(jìn)一步提高底盤平順性。

References)

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Evaluation and Experiment Study on the Ride Comfort of a Truck-mounted Howitzer’s Chassis

WU Guangbo1, KAO Xibin1, YANG Qiaoli1, YAN Jinhai1, KONG Wei1, WANG Yanqi1, XIAO Pan2

(1.Institute for Hygiene of Ordnance Industry Key Laboratory of Man-machine Environment of China North Idustrries Group Corporation, Xi’an 710065，Shaanxi, China；2.College of Automobile Engineering of Shannxi Vocational and Technical College, Xi’an 710100, Shaanxi, China)

The ride comfort of a truck-mounted howitzer’s chassis was tested and evaluated, which provided technical parameters for the vibration control and the design modification of the chassis. The vibration signals ofx,yandzaxes on the seat cushion, seat back and foot support surface were conti-nuously recorded when the truck-mounted howitzer was running on two different road surfaces at diffe-rent velocities with the processed data analyzed in frequency domain. One-third-octave band vibration acceleration RMS (Root Mean Square) was calculated within the frequency range of 0.5～80 Hz alongx,yandzaxes representing the seat cushion, seat back and foot support surface. According to national military stanclard, calculations were made to get the reduced comfort boundary-allowable exposure time and the subjective sensation of the driver by conferring to the standard chart. The experimental results showed that “the reduced comfort boundary and allowable exposure time limit”was 1/4—1 h, and the subjective sensation of the driver was uncomfortable or dreadfully uncomfortable when the truck-mounted howitzer was running at a speed of 30～80 km/h. Improvement should be made in the ride comfort of truck-mounted howitzer’s chassis.

truck-mounted howitzer; chassis; ride comfort; evaluation; test

10.19323/j.issn.1673-6524.2017.01.017

2016-01-26

兀光波(1983—)，男，工程師，碩士研究生，主要從事裝備人機(jī)工程技術(shù)研究。E-mail：boborov@163.com

U467.1

A

1673-6524(2016)04-0084-06