孟凡樂

【摘? 要】根據(jù)GB/T 8419—2007/ISO 7096：2000的相關(guān)要求，針對某型工程機(jī)械司機(jī)座椅減振性能開展試驗(yàn)探究。測試結(jié)果表明：該座椅在EM3輸入譜的振動測試條件下，其SEAT因子在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限定值內(nèi)，減振性能較為優(yōu)良。減振器阻尼共振傳遞率測試結(jié)果表明，共振傳遞率稍大于標(biāo)準(zhǔn)限定值，但避開了人體垂直振動的振頻敏感區(qū)，且在高頻段座椅減振效果優(yōu)良，低頻段還有待加強(qiáng)，因此，在后續(xù)座椅設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮座椅的低頻減振性能。

【關(guān)鍵詞】工程機(jī)械;司機(jī)座椅;減震性能;試驗(yàn)

工程機(jī)械座椅的減振性能關(guān)系到工程機(jī)械駕駛?cè)藛T的舒適性，工程機(jī)械在作業(yè)過程中，大多數(shù)環(huán)境較為惡劣，因發(fā)動機(jī)振動以及路面因素容易造成劇烈振動，長此以往，不僅影駕駛員舒適性，還容易產(chǎn)生身體損害。因此，本文針對某輪式裝載機(jī)司機(jī)座椅的減振性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，探究其座椅減振性能以及振動頻率相應(yīng)特性，考察座椅舒適性，為座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

一、工程機(jī)械司機(jī)座椅結(jié)構(gòu)分析

本文所述某工程機(jī)械司機(jī)座椅的結(jié)構(gòu)組成包括頭枕、靠背、扶手、坐墊、、懸架減振系統(tǒng)以及承重調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。其中座椅靠背和坐墊部位設(shè)置有海綿減振軟墊，在常規(guī)工況下，能夠有效減少機(jī)械振動帶給駕駛者身體上的壓力。懸架減振系統(tǒng)由內(nèi)部組件空氣彈簧和高度控制組件構(gòu)成，高度控制組件通過彈性限位裝置可以避免惡劣工況下座椅彈簧壓力超出其承受范圍，在減振裝置上方斜置阻尼器，可以適應(yīng)機(jī)械在不同工況下的壓力需求，具備較強(qiáng)的非線性剛度特征，相較傳統(tǒng)的減振彈簧具備更加良好的性能。重量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是基于駕駛員的實(shí)際體重，可以適應(yīng)50～150kg的重量。工程機(jī)械在作業(yè)環(huán)境下，機(jī)械座椅作為保護(hù)駕駛員身體的重要裝置，是避免駕駛員在惡劣工況下受到長期座椅振動而損害身體健康的重要載體。同時(shí)防振系數(shù)良好的機(jī)械座椅也能夠提高駕駛員乘坐舒適性。

二、工程機(jī)械座椅減振性能的試驗(yàn)室評價(jià)分析

本試驗(yàn)采用的測試平臺為美國MTS振動試驗(yàn)臺，工程機(jī)械司機(jī)座椅減振性能試驗(yàn)參考GB/T8419—2007的相關(guān)要求，對不同駕駛員體重下工程機(jī)械座椅減振性能展開研究。試驗(yàn)測試平臺采用TVC算法，對座椅的振動的輸入時(shí)域信號進(jìn)行有效復(fù)現(xiàn)。試驗(yàn)所用振動測試平臺選用ICP加速傳感器對座椅垂直振動進(jìn)行測試，測試范圍區(qū)間為100～150㎏，座椅坐墊部位的振動測試采用三向加速傳感器，測試范圍區(qū)間在10～20㎏之間。試驗(yàn)過程中，針對座椅振動信號的采集選用便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過對座椅的振動輸入數(shù)據(jù)采集，來處理振動信號濾波、毛刺以及進(jìn)行信號修正等。本試驗(yàn)研究中，采用功率譜密度振動控制設(shè)備和相關(guān)操作軟件，復(fù)現(xiàn)基于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7097定義的振動輸入功率譜密度：EM1～EM9。

本文試驗(yàn)研究對象為某廠生產(chǎn)的輪式裝載機(jī)司機(jī)座椅，對其減振性能試驗(yàn)評價(jià)內(nèi)容主要包括隨機(jī)振動測試和阻尼特性測試。該輪式裝載機(jī)的額定載重為5500㎏，基于GB/T8419—2007標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行隨機(jī)振動測試時(shí)選擇輸入功率譜密度為EM3輸入類型。試驗(yàn)過程中，利用加速度傳感器生成座椅垂直振動的試驗(yàn)時(shí)域信號，然后根據(jù)生成的振動時(shí)域信號，通過測試振動平臺獲取座椅垂直振動在振動臺上的驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號對比時(shí)域信號的有效值產(chǎn)值比率應(yīng)確保小于5%。

在開展隨機(jī)振動試驗(yàn)前，需要在振動測試平臺設(shè)置座椅循環(huán)振動次數(shù)，根據(jù)其懸掛行程的75%設(shè)置5000次振動循環(huán)，保證每1000次振動循環(huán)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)記錄，記錄座椅垂直振動傳導(dǎo)數(shù)值，在此過程中，需要控制垂直振動傳導(dǎo)誤差保持在5%之內(nèi)，直至跑合完畢。振動測試平臺設(shè)置完畢后，開展座椅的隨機(jī)振動測試，將輪式裝載機(jī)司機(jī)座椅的減震器裝置調(diào)節(jié)至合理位置，靠背調(diào)節(jié)垂直位置后傾10°±5°的位置。本試驗(yàn)不同體重的駕駛員采用假人配比沙袋的方式完成模擬，分別設(shè)置不同體重的假人駕駛員，體重輕者為55㎏，體重重者為110㎏，試驗(yàn)過程中因室內(nèi)溫度較高，為避免座椅減振裝置過熱，同時(shí)模擬室外真實(shí)工況溫度，采用風(fēng)扇送風(fēng)降溫。

本試驗(yàn)研究中，針對工程機(jī)械司機(jī)座椅的隨機(jī)振動測試中，關(guān)于加速度的權(quán)重系數(shù)參考GB/T8419—2007標(biāo)準(zhǔn)選取WK加權(quán)。試驗(yàn)測試結(jié)果采用SEAT因子開展分析評價(jià)。計(jì)算公式為：

本公式中：SEAT——SEAT因子在GB/T8419—2007標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定EM3功率輸入譜對應(yīng)的SEAT為小于1.0; —在GB/T13441.1—2007標(biāo)準(zhǔn)中，對座椅在坐墊上方垂直方向的加速度進(jìn)行WK加權(quán)，計(jì)算出有效值，m/s2; —在GB/T13441.1—2007標(biāo)準(zhǔn)中，振動測試平臺上方垂直加速度進(jìn)行WK加權(quán)，計(jì)算有效值m/s2。

本試驗(yàn)研究中，針對工程機(jī)械司機(jī)座椅的減振裝置阻尼特性測試過程中，分別采用55㎏和110㎏兩類體重不同的假人進(jìn)行測試，測試過程中需要固定好假人，避免因座椅振動出現(xiàn)假人掉落的情況。進(jìn)行阻尼特性測試前，需要對座椅進(jìn)行線性掃頻，以便于找到共振頻率，掃頻需要從低頻逐漸向高頻拓展（0.5～2倍），掃頻振幅保持在座椅減振裝置行程的40%。掃頻間隔控制在0.05Hz內(nèi)。座椅的減振裝置阻尼特性測試采用共振傳遞率開展分析評價(jià)，共振傳遞率計(jì)算公式為：

主要反映座椅傳遞至人體的振動強(qiáng)度，其數(shù)值小則表明座椅的振動衰減性良好。SEAT因子反映的主要是座椅振動傳遞至人體的能量，其數(shù)值越小則表明座椅的減振性能越優(yōu)良。經(jīng)過本試驗(yàn)證明，工程機(jī)械司機(jī)座椅的乘坐舒適性與振動頻率密切相關(guān)，與振動加速度也具有較大關(guān)聯(lián)。根據(jù)試驗(yàn)可知，頻率分布能夠反應(yīng)不同頻點(diǎn)的振動分布情況，而人體垂直方向的振動頻率敏感振頻區(qū)間為4～12.5Hz，所以在試驗(yàn)中需要避開此區(qū)間的振頻，避免駕駛員身體受共振影響造成損害。

三、試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

本文通過對某輪式工程裝載機(jī)司機(jī)座椅的減振性能開展測試評價(jià)，根據(jù)GB/T 8419—2007的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效了解工程機(jī)械司機(jī)座椅的減振性能以及對駕駛員舒適性影響的動態(tài)參數(shù)，以便于了解此類座椅的振動對人體振動的影響。本文試驗(yàn)研究的主要結(jié)論如下：本試驗(yàn)測試的某輪式裝載機(jī)司機(jī)座椅隨機(jī)振動測試在SEAT因子的測試結(jié)果上小于1，符合國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，證明本次研究的座椅在實(shí)際工況下振動情況較之在測試平臺要小，駕駛員乘坐舒適性較高。此外，測得該座椅在質(zhì)量分別為55㎏、110㎏兩種不同體重的假人作用下的阻尼特性，測試結(jié)果顯示該座椅的共振傳遞率系數(shù)為1.61，大于標(biāo)準(zhǔn)要求，證明該座椅振動阻尼器的阻尼值略小。因此，在后續(xù)座椅設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在座椅的減振設(shè)計(jì)方面，合理避開激振最大振頻，注重低頻段振動對人體的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏俊偉.輪式裝載機(jī)座椅減振性能試驗(yàn)研究[J].工程機(jī)械，2018，49（10）：6-7+20-26.

[2]連平，許洪，欒軍英.某型車輛改進(jìn)后駕駛員座椅減振性能測試[J].測試技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，16（z1）：154-156.

[3]趙旖旎，張志爍，郝曉彤，程萌.某型工程機(jī)械司機(jī)座椅減振性能試驗(yàn)研究[J].工程機(jī)械，2019，50（11）：29-35+7.

（作者單位：江蘇徐工工程機(jī)械研究院有限公司）