Совершенствование конструкции амортизаторов кабин строительных машин для снижения вибронагруженности оператора
Ключевые слова:
амортизаторы кабин, вибронагруженность, операторов, строительные машины, магнитореологические демпферы, адаптивная виброзащита, гидропневматические системыАннотация
Вибронагруженность операторов строительных машин представляет серьезную проблему для обеспечения комфорта труда и производственной безопасности. Современные амортизаторы кабин не в полной мере обеспечивают эффективную защиту от динамических воздействий, возникающих при работе тяжелой техники. Целью исследования является разработка усовершенствованной конструкции амортизационной системы кабин строительных машин с повышенными виброзащитными характеристиками. Методика исследования включала экспериментальное измерение вибрационных параметров на операторских местах различных типов строительной техники, математическое моделирование динамических процессов в амортизационных системах, разработку и тестирование опытных образцов улучшенных амортизаторов. Исследование выполнено на базе 47 единиц строительной техники различных классов с использованием трехосевых акселерометров РСВ Piezotronics и системы анализа Siemens LMS Scadas. Установлено, что применение гидропневматических амортизаторов с адаптивной системой управления демпфированием обеспечивает снижение среднеквадратичных значений ускорений в кабине на 68,4% по сравнению с традиционными пассивными системами. Эффективность виброзащиты в диапазоне частот 1-8 Гц повышается на 71,2%, что соответствует снижению эквивалентной дозы вибрации с 2,8 до 0,8 м/с². Разработанная конструкция магнитореологического амортизатора с системой итеративного обучения показала возможность автоматической адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации с коэффициентом эффективности 0,89. Теоретическая значимость работы состоит в развитии методологии проектирования интеллектуальных амортизационных систем для мобильной техники. Практическая ценность заключается в создании технических решений, позволяющих значительно улучшить условия труда операторов и снизить риски развития профессиональных заболеваний. Результаты исследования открывают перспективы внедрения адаптивных систем виброзащиты в серийное производство строительных машин нового поколения.Библиографические ссылки
Ляшенко М., Вурхис В., Бышов А. Анализ возможных применений динамических виброгасителей в подвесках кабин тракторов // Procedia engineering. 2016. № 150. С. 1240-1246.
Aly A.M. Vibration control of buildings using magnetorheological damper: a new control algorithm // Journal of engineering. 2013. 2013.pp. 59-78.
Aziz S.A.A., Mazlan N.H.N., Ubaidillah U., Choi M.T., Choi S.B., Nordin N.A. State-of-the-art recent developments of large magnetorheological (MR) dampers: a review // Korea-Australia rheology journal. 2022. № 34. pp. 105-154.
Bovenzi M., Krajnak K. Health effects associated with occupational exposure to hand-arm or whole body vibration // American journal of industrial medicine. 2014. Vol. 57. № 10. pp. 1086-1097.
European Parliament and Council. Directive 2002/44/EC on the minimum health and safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising from physical agents (vibration) // Official journal of the European communities. 2002. L 177. pp. 13-19.
International organization for standardization. Mechanical vibration and shock - evaluation of human exposure to whole-body vibration - Part 1 // grandviewresearch.com. 1997. P. 31.
Kowalski M., Miśkiewicz T., Spychała W. Semi-active system of vehicle vibration damping // Applied sciences. 2021. Vol. 11. № 10. pp. 45-77.
Kumar S. Whole-body vibration exposure and musculoskeletal disorders of heavy equipment operators in construction // International journal of occupational safety and health. 2023.
Mirsadeghi M., Cavalli A., Cazzolato B., Kalantar-zadeh S. A review on vibration control strategies using magnetorheological materials actuators: application perspective // Actuators. 2023. Vol.12. № 3. 113.
Naserimojarad M.M., Kadivar K., Marashi V. Experimental investigation into the effect of magnetorheological fluid damper on vibration and chatter in straight turning process // Journal of manufacturing processes. 2023. № 107. pp. 500-511.
Rafajłowicz W., Więckowski J., Moczko P., Rafajłowicz E. Iterative learning from suppressing vibrations in construction machinery using magnetorheological dampers // Automation in construction. 2020. № 119. pp. 103-326.
Ulasyar A., Lazoglu H. A new adaptive vibration control of magnetorheological damper system and its application to washing machine // Structural control and health monitoring. 2022. Vol. 29. № 4. P. e2877.
Vibration Control System Market Size Share Report, 2030 // grandviewresearch.com. 2024.
Więckowski J., Rafajłowicz W., Moczko P., Rafajłowicz E. Data from vibration measurement in a bucket wheel excavator operator's cabin with the aim of vibrations damping // Data in brief. 2021. № 35.pp. 106-836.
Wu Z., Lei X., Chen N., Lu K., Xiang L. Modeling and analysis of a hydraulic energy-harvesting shock absorber // Mathematical problems in engineering. 2020. pp. 158-297.
Yuan F., Jin X., Cai L. A review on structural development of magnetorheological fluid damper // Shock and vibration. 2019.pp. 149-896.
Zheng X., Deng X.M., Zhang X.L., Li C., Wang D.H. The experimental identification of magnetorheological dampers and evaluation of their controllers // Mechanical systems and signal processing. 2010. Vol. 24. № 4. pp. 976-994.
