Кресло машиниста

Устройство относится к средствам повышения комфортабельности транспортных средств, прежде всего для защиты людей от вредного воздействия вибрации. Целью является повышение эффективности виброизоляции за счет поглощения сжимающих усилий, а также упрощения конструкции кресла. Сущность устройства заключается в том, что кресло машиниста включает в себя сидение, спинку и опорный блок. Опорный блок состоит из цилиндрического корпуса с крышкой и основанием, во внутренней полости цилиндрического корпуса размещен поршень со штоком, верхний конец штока закреплен с сидением. Внутренние полости цилиндрического корпуса, разделенные поршнем, заполнены эластомером. На боковой поверхности поршня выполнены продольные канавки переменного сечения, глубина которых увеличивается от середины поршня к его торцам. В средней части цилиндрического корпуса на внутренней поверхности цилиндра имеется горизонтально-расположенный кольцевой выступ, образующий с продольными канавками штока дросселирующий элемент. В крышке имеются уплотнения с корпусом и штоком. На крышке расположена гайка для регулирования высоты пружины.

Устройство относится к средствам повышения комфортабельности транспортных средств, прежде всего для защиты людей от вредного воздействия вибрации.

Из-за профиля пути, неравномерного движения, технического состояния подвижного состава и других динамических нагрузок возникает вибрация, которая существенным образом влияет на здоровье машиниста.

Известно кресло машиниста [см. патент РФ 120927, B60N 2/02, B60N 2/52, B61D 33/00, дата публикации 10.10.2012 г.], содержащее опору со смонтированной на ней подвеской и сиденье, состоящее из основания, закрепленного на подвеске, спинки, шарнирно закрепленной на основании, и подлокотников. При этом подвеска выполнена в виде корпуса со смонтированным внутри него телескопическим газовым амортизатором, нижняя часть которого закреплена в центральной втулке, а верхняя часть выполнена в виде штока и соединена с горизонтальными направляющими и выполнена с возможностью перемещения в вертикальном направлении, вращения вокруг вертикальной оси и фиксирования на заданной высоте и/или на заданном угле поворота основания относительно опоры. Основание закреплено на подвеске посредством горизонтальных направляющих, выполненных с возможностью перемещения основания относительно опоры в горизонтальном направлении и фиксирования его в заданном положении. Спинка шарнирно закреплена на основании и выполнена с возможностью изменения угла наклона и фиксирования в заданном положении относительно основания посредством газовой пружины, управляющая часть которой подвижно закреплена на основании и соединена с рычагом, а противоположная часть жестко закреплена на спинке. Подлокотники выполнены с возможностью откидывания в радиальном направлении относительно основания.

Недостатком известного кресла является относительно невысокая поглощающая способность газового амортизатора.

Известно кресло машиниста [см. патент РФ 127347, B61D 33/00, дата публикации 27.04.2013 г.], содержащее подвеску, включающую крепящееся к полу основание, цилиндр, в котором смонтирован пружинный механизм с шариковым замком, предназначенный для регулировки кресла по высоте, и подвижный цилиндр с храповым механизмом, регулирующим жесткость установленной внутри цилиндра пружины в зависимости от веса машиниста и служащей в качестве виброзащиты, и сиденье, состоящее из каркаса и спинки, выполненных из профилей и оснащенных профилированными пенополиуретановыми подушками и перемещаемой по высоте опорой под поясницу в которых выполнены сквозные отверстия, предназначенные для установки массажных средств, в виде модулей псевдокипящего слоя, активная часть которых выступает из отверстий сиденья и подключенных к блоку питания для управления процессом массажа. При этом, по крайней мере, один ряд массажных модулей спины установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси кресла и надежной фиксации в выбранном положении в соответствии с телосложением машиниста. На спинке установлены подлокотники, раздвигающиеся в поперечном направлении и откидывающиеся вверх, смонтированные на сиденье ручки управления перемещениями последнего вверх-вниз и вперед-назад.

Недостатком известного кресла является неэффективность применения пружины в качестве виброзащиты без наличия демпфирующего устройства.

Наиболее близким аналогом является кресло машиниста локомотива [см. патент РФ 2255008, B60N 2/50, B61D 33/00, дата публикации 27.06.2005 г.], содержащее трубчатый каркас сиденья, спинку кресла с поролоновыми подушками, подлокотниками, опорный диск, шток, внутренний цилиндр подвески сиденья, внешний цилиндр подвески сиденья, фиксатор, пружину, опирающуюся на основание подвески, катки-виброизоляторы с осями и кронштейнами их крепления. Для активной системы виброзащиты машиниста от вредных вибраций оно содержит аэродинамический генератор колебаний с профильной стенкой, с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик параметров вибрации до допустимых санитарно-гигиенических требований путем создания противодавления и направления струи в приемный канал, в приемную камеру, в дроссель и выходную камеру. При этом шток соединен с опорным диском с прокладкой-диафрагмой из упругого материала и проходит через направляющую втулку с манжетой, соединенную ленточной резьбой с внутренним цилиндром подвески сиденья. Внешний цилиндр подвески сиденья соединен с направляющей втулкой фиксатором, причем несколько катков-виброизоляторов из упругого материала, изолирующие от вертикальных колебаний вибрации, закрепленные на осях кронштейнов и соединенные с внутренним цилиндром подвески, перекатываются по нижней или верхней полкам двутаврового круга, закрепленного к внешнему цилиндру подвески сиденья, а несколько катков-виброизоляторов из упругого материала, изолирующие от горизонтальных вибраций, закреплены на вертикальных осях, соединенных с внешней поверхностью стенки внутреннего цилиндра подвески сиденья с другой стороны.

К недостаткам следует отнести отсутствие устройства, позволяющего регулировать положение профильной стенки в зависимости от веса машиниста, кроме того, введение генератора колебаний с системой подачи сжатого воздуха значительно усложняет конструкцию кресла, а также проведение ремонтно-профилактического обслуживания.

Целью является повышение эффективности виброизоляции за счет поглощения энергии колебаний, а также упрощения конструкции кресла.

Сущность устройства заключается в том, что кресло машиниста включает в себя сидение, спинку и опорный блок. Опорный блок состоит из цилиндрического корпуса с крышкой и основанием, во внутренней полости цилиндрического корпуса размещен поршень со штоком, верхний конец штока закреплен с сидением. Внутренние полости цилиндрического корпуса, разделенные поршнем, заполнены эластомером. На боковой поверхности поршня выполнены продольные канавки переменного сечения, глубина которых увеличивается от середины поршня к его торцам. В средней части цилиндрического корпуса на внутренней поверхности цилиндра имеется горизонтально-расположенный кольцевой выступ, образующий с продольными канавками штока дросселирующий элемент. В крышке имеются уплотнения с корпусом и штоком. На крышке расположена гайка для регулирования высоты пружины.

Устройство кресла машиниста поясняется чертежами:

На фиг. 1 размещена общая схема кресла машиниста;

На фиг. 2 показано устройство опорного блока;

На фиг. 3 показана схема размещения канавок на поршне и кольцевого выступа цилиндрического корпуса.

На фиг. 1, 2, 3 обозначено: 1 - сидение, 2 - спинка, 3 - опорный блок, 4 - цилиндрический корпус, 5 - крышка, 6 - основание, 7 - шток, 8 - поршень, 9 - гайка, 10 - пружина, a и b - полости корпуса, 11 - продольные канавки, предназначенные для дросселирования эластомера, 12 - кольцевой выступ.

Устройство работает следующим образом. При действии сжимающего усилия, направленного вертикально вверх, вызванного вибрацией основанием 6, цилиндрический корпус 4 перемещается относительно поршня 8, при этом происходит сжатие эластомера в нижней полости Ъ. Демпфирование обеспечивается вследствие поглощения части сжимающих усилий эластомера, а также за счет перепада давления и трения при дросселировании эластомера в верхнюю полость а через продольные канавки 11. При увеличении скорости нагружения корпуса 4 вследствие резкого возрастания сил сопротивления движению цилиндрического корпуса 4 происходит перемещение поршня 8 со штоком 7 и поглощения части сжимающих усилий эластомером в верхней полости a . При этом кольцевой выступ 12 цилиндрического корпуса 4 смещается относительно середины поршень 8 и продольных канавок 11, что приводит к увеличению проходного сечения продольных канавок 11 и тем самым обеспечивается ограничение давления в нижней полости b и выталкивающего усилия на поршень 8 со штоком 7, что приводит к ограничению перегрузок на защищаемый объект - сидение 1 кресла машиниста.

При уменьшении внешней нагрузки под действием потенциальной энергии сжатого эластомера в верхней полости поршня 8 со штоком 7 перемещаются относительно цилиндрического корпуса 4 и сечение продольных канавок 11 становится минимальным.

Подобные процессы происходят и при действии усилия, направленного вниз, так как канавки поршня 8 расположены симметрично.

Гайка 9 регулирует высоту пружины 10, тем самым изменяя ее жесткость, обеспечивая при отсутствии вибрационных воздействий на основание 6 корпуса положение поршня 8 в среднем положении независимо от веса машиниста. При этом минимальное сечение продольных канавок 11 поршня 8 совпадает с расположением кольцевого выступа 12 корпуса 4.

Поглощение энергии удара в кресле машиниста происходит благодаря рассеиванию работы сил трения в опорном блоке и высокоэластичной деформации эластомера.

В результате давления в цилиндре эластомер уменьшается в объеме, создавая усилия отдачи, однако, если переток эластомера во время отдачи будет сопровождаться дросселированием, то это приведет к снижению скорости отдачи.

Работоспособность предлагаемого устройства подтверждается расчетом (см. Приложение), который показывает, что использование предложенного устройства позволяет ограничить величину максимального сжимающего усилия и тем самым повысить надежность и эффективность работы виброзащитной системы.

Расчет поглощения сжимающих усилий

Поглощение энергии удара в кресле машиниста происходит благодаря рассеиванию работы сил трения в опорном блоке и высокоэластичной деформации эластомера.

В результате давления в цилиндре эластомер уменьшается в объеме, создавая усилия отдачи, однако, если переток эластомера во время отдачи будет сопровождаться дросселированием, то это приведет к снижению скорости отдачи.

Целью расчета является определение площади проходного сечения дросселирующих канавок S_д в зависимости от площади поршня S_п, массы виброзащищаемого объекта M (масса сидения m_с и масса водителя m_ч ), свойств эластомера, параметров вибрации (виброперемещение X и ускорение ).

Давление в нижней поршневой полости корпуса, возникающее при вибрации основания и вызываемое определенной амплитудой виброперемещения X

где N - инерционная сила,

Тогда

Чтобы ограничить давление в нижней полости и, тем самым, ограничить выталкивающее усилие на поршень, что в свою очередь ограничит перегрузки на защищаемый объект, часть объема эластомера V из нижней полости по дросселирующим канавкам перетекает в верхнюю полость.

Расход жидкости через дроссель определяется по формуле

где µ - коэффициент расхода дросселя;

S_д - площадь проходного сечения дросселя;

p=p₁-p₀ - перепад давления на дросселе;

- плотность жидкости;

p₀ - начальное давление эластомера в корпусе.

В свою очередь, уменьшение объема эластомера в нижней полости

Приравняв уравнения 4 и 5, учитывая уравнение 3 и произведя преобразование выражения, получим искомое значение S_д для различных значений X и :

Кресло машиниста содержит сидение, спинку и опорный блок, отличающееся тем, что опорный блок состоит из цилиндрического корпуса с крышкой и основанием, во внутренней полости цилиндрического корпуса размещен поршень со штоком, верхний конец штока жестко закреплен с сидением, а внутренние полости цилиндрического корпуса, разделенные поршнем, заполнены эластомером, причем на боковой поверхности поршня выполнены продольные канавки переменного сечения, глубина которых увеличивается от середины поршня к его торцам, а в средней части цилиндрического корпуса на внутренней поверхности цилиндра имеется горизонтально расположенный кольцевой выступ, на крышке расположена гайка для регулирования высоты пружины.

РИСУНКИ