TECHNICAS SOLUTIONS OF TESTING STANDS FOR TRACTOR CABIN VIBRATION ISOLATORS

Шеховцов В.В.¹, Ляшенко М.В.², Шевчук В.П.³, Победин A.В.⁴, Соколов-Добрев Н.С.⁵, Шеховцов К.В.⁶

¹Доктор технических наук, доцент; ² доктор технических наук, профессор, ³кандидат технических наук, профессор, ⁴кандидат технических наук, профессор, ⁵кандидат технических наук, доцент, ⁶аспирант; Волгоградский государственный технический университет

СТЕНДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ КАБИНЫ ТРАКТОРА

Аннотация

В статье описаны результаты разработки и создания новых технических решений стендов для испытания виброизоляторов, используемых в подвеске кабин тракторов.

Ключевые слова: стенд для испытаний виброизоляторов, нагружающее устройство, осевая и боковая нагрузка на виброизолятор.

Shekhovtsov V.V.¹, Lyashenko M.V.², Shevchuk V.P.³, Pobedin A.V.⁴, Sokolov-Dobrev N.S.⁵, Shekhovtsov K.V.⁶

¹Doctor of Engineering Science, docent; ²Doctor of Engineering Science, professor; ³Candidate of engineering science, professor;⁴Candidate of engineering science, professor; ⁵Candidate of engineering science, docent; ⁶Post-graduate student; Volgograd State Technical University

TECHNICAS SOLUTIONS OF TESTING STANDS FOR TRACTOR CABIN VIBRATION ISOLATORS

Abstract

The article describes the results of design and development of new technical solutions of testing stands for vibration isolators, that are used in tractor cabin suspension systems.

Keywords: vibration isolators testing stand, loading device, axial and lateral load on vibration isolators.

На кафедре «Автомобиле- и тракторостроение» ВолгГТУ создано стендовое оборудование [2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11] для исследования статических, динамических и ресурсных характеристик виброизоляторов, используемых в подвеске кабины трактора. Оно позволяет определять целый ряд параметров виброизоляторов и производить их сравнительную оценку, используя возможности ЭВМ.

Принципиальная схема стенда для испытаний виброизоляторов в режиме свободных колебаний приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема стенда для испытаний виброизоляторов:

1 – рама стенда; 2, 6 – вертикальные стойки; 3 – ось качания; 4 – качающийся рычаг; 5 – груз; 7 – устройство регистрации деформаций; 8 – спусковое устройство; 9 – верхняя опора испытуемого виброизолятора; 10, 12 – опорные ножки; 11 – нижняя опора испытуемого виброизолятора; 13 – испытуемый виброизрлятор; 14 – болты крепления рамы

Стенд [2, 3, 9, 10, 11] представляет из себя механическую колебательную систему, в качестве упругого элемента в которой используется исследуемый виброизолятор. Величины деформации упругого элемента и действующей на него осевой нагрузки преобразуются в электрические сигналы (с помощью системы тензометрических датчиков). Сигналы подаются для обработки и анализа на ЭВМ через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Поставляемый вместе с АЦП программный комплекс ZetLab позволяет осуществить запись процессов свободных и вынужденных колебаний подрессориваемой массы, а также выполнить анализ характеристик колебательного процесса. На конструкцию стенда получен патент на полезную модель [4]. Технические характеристики стенда позволяют в широком диапазоне изменять статическую нагрузку на виброизолятор (от 0 до 3000 Н) и испытывать виброизоляторы высотой до 140 мм, а также менять величину возбуждающего импульса.

Конструкция стенда позволяет легко менять инерционные характеристики подрессоренной массы за счет выбора массы груза и координат его размещения на качающемся рычаге. Возможно также изменять плечо действующей на виброизолятор вертикальной нагрузки за счет изменения координат установки виброизолятора относительно оси качания рычага. За счет того, что на стенд возможна установка различных по длине опорных ножек верхней и нижней опор виброизолятора, обеспечивается возможность испытания на стенде виброизоляторов с разными осевыми габаритами и жесткостью.

Виброизоляторы с упруго-демпфирующим элементом из эластомера имеют нелинейные упругие и демпфирующие характеристики, причем для одного и того же виброизолятора эти характеристики при действии осевых и боковых нагрузок могут быть существенно разными [1, 8]. При действии на подобные виброизоляторы имеющих место в эксплуатации нагрузок с осевой и боковой составляющими обычно только экспериментальным путем можно определить, какая часть воздействующих на виброизолятор составляющих этих нагрузок передается им подрессориваемому объекту. Поэтому при использовании таких виброизоляторов в подвеске кабины необходимо проведение предварительных исследовательских испытаний, позволяющих выявить свойства виброизоляторов, определяющие характер трансформации и передачи на подрессориваемую кабину нагрузок с осевой и боковой составляющими. Для выполнения таких исследовательских испытаний предложена схема [6] устанавливаемого в стенд устройства для нагружения виброизолятора имеющей место в эксплуатации комбинацией вертикальных и боковых нагрузок (рис. 2).

 

Рис. 2. Схема устройства для нагружения виброизоляторакомбинацией вертикальных и боковых нагрузок

Устройство включает в себя наклонно установленную опорную плиту 1, шарнирно связанную с пластиной, контактирующей с верхним основанием виброизолятора, причем одна из стоек (стойка 2) имеет возможность перемещаться по опорной пластине и фиксироваться болтами в выполненных в пластине пазах (вид А). При этом изменяется угловое положение опорной плиты 1, что позволяет воспроизводить разные по величине боковые нагрузки. Для регистрации процессов изменения величин передаваемых виброизолятором подрессориваемой кабине осевых и боковых составляющих нагружающего усилия при импульсном воздействии (срабатывании спускового устройства 8, см. рис. 1) четыре опорные ножки нижней опоры испытуемого виброизолятора снабжены тензодатчиками.

При установке виброизоляторов в подвеску необходима информация о том, в течение какого срока эксплуатации будет обеспечена требуемая виброизоляция кабины при заданных нагрузках и как будут меняться упруго-демпфирующие характеристики эластомерного материала виброизоляторов по мере исчерпания этого срока.

Виброизоляторы в эксплуатации испытывают нагрузки со статической и динамической составляющими. Статическая составляющая при вертикальных колебаниях – это вес подрессориваемого объекта, то есть кабины, при угловых – ее момент инерции в продольном или поперечном направлениях. Динамическая составляющая – это переменные во времени воздействия со стороны рамы, возникающие при выполнении трактором рабочих функций.

В результате действия динамической составляющей, то есть совокупности переменных нагрузок, имеющих достаточно широкие диапазоны изменения амплитуд и спектры частот, виброизоляторы постоянно работают в режиме вынужденных колебаний. Для выявления их ресурсных показателей при действии нагрузок, законы изменения которых максимально приближены к эксплуатационным, создан специальный стенд (рис. 3).

Нагрузочное устройство стенда (рис. 3 а) включает в себя [5, 7] установленный на отдельном основании 1 приводной электродвигатель 2 постоянного тока с регулируемой частотой вращения, вал которого через компенсационную муфту 3 связан с валом 4, на конце которого установлен нагружающий кулачок-эксцентрик 5. Для воспроизведения необходимого закона нагружения изготавливаются кулачки с соответствующим профилем (рис. 3 б). Во время испытаний величина действующей на виброизолятор статической составляющей нагрузки задается весом груза, амплитуда динамической составляющей – профилем кулачка-эксцентрика, а ее частота – частотой вращения вала приводного электродвигателя.

 

а

б

Рис. 3. Стенд для испытаний виброизоляторов в режиме вынужденных колебаний:

а – схема стенда; б - профили кулачков-эксцентриков

Предложен также вариант стенда с генерацией вынужденных колебаний инерционным возбудителем (рис. 4). Нагрузочное устройство стенда [4] включает в себя приводной электродвигатель 1 постоянного тока с регулируемой частотой вращения, установленный на опорной площадке 2, жестко связанной с качающимся рычагом 3. На валу этого электродвигателя устанавливается эксцентриковая маховая масса 4, величиной которой и расстоянием от ее центра тяжести до оси вращения (то есть величиной эксцентриситета) определяется амплитуда действующего на виброизолятор нагружающего усилия, а частотой вращения вала приводного электродвигателя задается частота изменения этого усилия.

Представленный на рис. 4 стенд обеспечивает возможность воспроизведения как статической, так и динамической составляющих эксплуатационных нагрузочных режимов.

Рис. 4. Вариант конструкции стенда с генерацией вынужденных колебаний инерционным возбудителем

Конструкция стенда позволяет изменять в широких пределах величину действующей на испытуемый виброизолятор статической составляющей нагрузки путем изменения массы груза или плеча действия усилия от его веса, а также изменять параметры динамической составляющей нагрузки путем изменения величины и эксцентриситета центра тяжести эксцентриковой маховой массы и частоты вращения приводного электродвигателя постоянного тока, за счет чего обеспечивается возможность воспроизведения на стенде характерных для условий эксплуатации нагрузочных режимов.