• Không có kết quả nào được tìm thấy

Gia tốc trên miền tần số và hệ số SEAT được chọn để đánh giá hiệu quả hệ thống treo và đệm ghế ngồi người điều khiển

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Chia sẻ "Gia tốc trên miền tần số và hệ số SEAT được chọn để đánh giá hiệu quả hệ thống treo và đệm ghế ngồi người điều khiển"

Copied!
5
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Văn bản

(1)

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO GHẾ NGỒI NGƯỜI ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY XÂY DỰNG BẰNG MỘT PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Lê Văn Quỳnh* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Thiết kế hợp lý hệ thống treo và đệm ghế ngồi người điều khiển không chỉ giảm dao động truyền lên thân người mà còn nâng cao hiệu quả làm việc điều khiển. Để đánh giá hiệu quả của ghế ngồi người điều khiển máy xây dựng, một thí nghiệm đo dao động ghế ngồi người điều khiển được thiết lập trên bệ thử dao động để đo gia tốc dao động dưới điều kiện tần số kích thích dao động thấp.

Gia tốc trên miền tần số và hệ số SEAT được chọn để đánh giá hiệu quả hệ thống treo và đệm ghế ngồi người điều khiển. Kết quảphân tích cho thấy rằng hiệu quả của hệ thống treo và đệm tương đối tốt theo phương trước sau và giá trịhệ số SEAT theo phương đứng hệ thống treo ghế nhỏ hơn 1 ở hầu hết các tần số thấp và đặc biệtgiảm 62,8% ở tần số kích thích 8Hz.

Từ khóa: Máy xây dựng, ghế ngồi người điều khiển, hệ thống treo, thí nghiệm, hệ số SEAT, hiệu quả.

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Ngày nay, để nâng cao hiệu quả hệ thống treo ghế ngồi người điều khiển cũng như ghế ngồi hành khách, áp dụng một bộ điều khiển tích cực nhằm giảm biên độ dao động theo phương đứng ghế ngồi ô tô được trình bày bởi Jian–Da Wu và Rong-Jun Chen, 2004[1] và ba giải thuật điều khiển được áp dụng điều khiển thông số thiết kế hệ thống treo ghế ngồi. Kết quả của nghiên cứu đã so sánh hiệu quả giảm dao động phương đứng của ghế ngồi. Điều khiển tích cực hệ thống treo ghế ngồi dựa vào phản hồi đầu ra động lực học với giới hạn đặc tính tần số được giới thiệu bởi Weichao Sun và cộng sự, 2011[2], và điều khiển bán tích cực ghế ngồi sử dụng bộ điều khiển SMC (Robust sliding mode controller) được nghiên cứu bởi Seung-Bok Choi và Young-Min Han, 2007[3]. Cáckết quả nghiên cứu cũng chỉ ra phương pháp điều khiển do họ đề xuất có hiệu quả giảm dao động tốt so với phương pháp khác. Tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo bị động bằng thuật toán di truyền GA được giới thiệu bởi Ö.Gündoğdu, 2007[4], kết quả tương đối tốt hơn thu được từ hệ thống tối ưu về đỉnh cộng hưởng, giá trị CF (Crest factor) và VDV (Vibration dose value).

*Email: lequynhdl@yahoo.com

Phân tích đánh giá hiệu quả hệ thống treo và đệm ghế ngồi điều khiển cũng như ghế ngồi hành khách sử dụng kết hợp giữa phương pháp thí nghiệm và phương pháp mô phỏng sốđã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm nghiên cứu như Younggun Cho và Yong-San Yoon, 2001[5], Neil J. Mansfield, Michael J.

Griffin, 2000[6], G.J. Steina và các công sự[7]. Từ kết quả đó các nhà nghiên cưu tiến hành tối ưu hoàn thiện kế cấu của ghế.Thí nghiệm phân tích hiệu quả hệ thống treo ghế ngồi thông qua các hàm truyền dao động theo phương đứng, trước-sau của ghế được giới thiệu bởiY. Qiu, M.J. Griffin, 2004[8], Suzanne D. Smith và các công tác viên (2008)[9],và các kết quả chỉ ra vùng tần số cộng hưởng phản ứng (2÷4) Hz và xu hướng giảm ở tần số kích phản ứng lớn hơn 6Hz.

Một đánh giá hiệu quả hệ thống treo ghế ngồi người điều khiển của máy xây dựng được trình bày nghiên cứu này. Để đạt được mục tiêu, một loại ghế ngồi người điều khiển được chọn để đánh giá và thiết lập trên bệ thử rung động JY-5. Bộ thiết bị phân tích phổ M+P với các cảm biến ICP ba phương được sử dụng để đo gia tốc dao động vàdữ liệu đo gia tốc dao động được phân tích theo mật độ phổ dao động và tỷ lệ truyền gia tốc để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo và đệm ghế ngồi điều khiển dưới tác dụng tần số kích thích dao động khác nhau.

(2)

BỐ TRÍ VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ ĐODAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI

Hiện nay, để đánh giá phân tích hiệu quả ghế ngồi người điều khiển, một trong hai phương pháp như đo dao động toàn xe khi xe hoạt động[11], đo dao động riêng ghế ngồi người điều khiển trên bệ thử [8], [9]. Bệ thử rung động JY-5, bộ thiết bị phân tích dao động M+P thể hiện hình 1, 3 cảm biến đo gia tốc ICP ba phương X, Y, Z được đặt trùng với phương dọc, phương ngang và phương đứng của ghế ngồi được bố trí và lắp đặt như hình 2.

Hình 1. Bệ thử, thiết bị phân tích M+P và màn hình hiển thị

Địa điểm và điều kiện thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm trọng điểm về dao động và tiếng ồn, Viện kỹ thuật Cơ khí, Đại học Đông Nam, TP. Nam kinh, Trung Quốc.

Ghế thí nghiệm được trang bị cho các loại máy xây dựng hãng XCMG, Trung Quốc.

Nhiệt độ trong phòng: 25oC và nhiệt độ ngoài phòng: 18oC.

Bộ tạo kích thích dao động cho bệ sử dụng kích thích dao động điều hòa được định nghĩa như sau:

sin(2 )

FFoft (1)

sin(2 )

zzoft (2) trong đó: F0, z0- biên độ lực và chuyển vị kích thích dao động cho bệ thử; f- tần số kích thích dao động cho bệ thử, -pha ban đầu của lực và chuyển vị kích thích dao động cho bệ thử.

Khối lượng của bản thân ghế ms=41 kg, khối lượng người điều khiển md=65kg.

Hình 2. Vị trí lắp đặt cảm biến và bố trí ghế đo trên bệ thử

Hình 3. Bộ điều khiển kích thích dao động CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ

Để đánh hiệu quả hệ thống treo và đệm ghế ngồi của người điều khiển cũng như ghế ngồi hành khách của phương tiện giao thông, trong nghiên cứu thường chọn một trong các chỉ tiêu sau:

Hệ số SEAT[7] theo phương truyền dao động được xác định công thức (3).

w w s b

SEAT a

a (3) trong đó, aws, awb– lần lượt gia tốc bình phương trung bình ở vị trí trên hệ thống treo ghế ngồi và ở vị trí trên mặt sàn, các giá trí này đều được xác định theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997)[10] và được xác định theo công thức (4).

1 2 2 0

1 ( )

T

aW a t dt T

 

  

 (4)

(3)

trong đó: aw là gia tốc bình phương trung bình; alà gia tốc đotheo thời gian(m/s2) và T là thời gian khảo sát(s).

Khả năng truyền dao động [8], [9] được định nghĩa công thức (5).

( ) ( )

( ) yy f

xx f

H f S

S (5) trong đó, Sxx(f) và Syy(f)-mật độ phổ công suất đầu vào và đầu ra của kết quả đo.

Ngoài ra mật độ công suất phổ PSD của gia tốc đo sàn ghế và trên mặt ghế, dùng hàm truyền dao động TFE (Transfer function estimate) từ mặt sàn lên mặt ghế ngồi để đánh giá hiệu quả hệ thống treo và đệm ghế ngồi.

Trong nghiên cứu này, cả hai dữ liệu đo là tín hiệu gia tốc dao động trên miền thời gian và tần số được chọn để phân tích đánh giá hiệu quả của hệ thống treo ghế ngồi và đệm ghế ngồi người điều khiển, phân tích đánh giá dữ liệu đo sẽ được thảo luận ở phần tiếp theo.

KẾT QUẢ ĐO VÀ THẢO LUẬN

Các dữ diệu đo gia tốc dao động theo các phương của hệ thống treo và đệm ghế ngồi người điều khiển được phân tích trên cả miền tần số và thời gian thông qua hệ số SEAT trong nghiên cứu này.

Phân tích kết quả đo gia tốc dao động trên miền tần số

Khi bệ thử được một lực kích kích dao động điều hòa F=850 sin (4t) (N), trọng lượng người điều khiển md=65 kg và đo trong t=240s, gia tốc dao động trên miền tần số ở vị trí trên hệ thống treo và trên đệm ghế ngồi người điều khiển được thể hình 3 và hình 4.

0 5 10 15 20

0 500m 400m 300m 200m 100m

1 Truc X:

11.208 X

454.54m Truc Y: m/s

Hz 2

Y

Tan so/ (Hz) 2Bien do / (m/s )

(a) Theo phương trước –sau

0 5 10 13

0 40m 30m 20m 10m

X

2.1875 32.700m

1 Truc X: Hz

m/s

Y

Tan so/ (Hz)

Bien do / (m/s )2

Truc Y: 2

(b) Theo phương trái-phải

0 5 10 15

0 80m 60m 40m 20m

X

5.0417 56.869m

1

Tan so/ (Hz)

2Bien do / (m/s )

Y Truc X:

Truc Y:

Hz m/s2

(c) Theo phương thẳng đứng

Hình 4. Gia tốc dao động trên miền tần số ở vị trí ghế ngồi

0 5 10 15 20

X

11.250 1.1153

1

Truc X:

Truc Y:

Hz m/s2

Y

Bien do / (m/s )2

500 1000 2000 1500

0

Tan so/ (Hz)

(a) Theo phương trước –sau

0 5 10 15 20

0 50m 40m 30m 20m 10m

X

2.1250 40.354m

1 Truc X:

Truc Y:

Hz m/s2 2Bien do / (m/s )

Y

Tan so/ (Hz)

(b) Theo phương trái –phải

0 5 10 15 20

0 200m

100m X

5.2500 137.10m 1

Tan so/ (Hz)

Truc X:

Truc Y:

Hz m/s2 2Bien do / (m/s )

Y

(c) Theo phương phương thẳng đứng Hình 5. Gia tốc dao động trên miền tần số ở vị trí

đệm ghế

Từ hình 5 và hình 6 chúng ta thấy rằng tần số xuất hiện biên độ gia tốc lớn theo 3 phương tại 11,20 Hz, 2,18 Hz, 5,04 Hz và 11,25 Hz, 2,13 Hz, 5,25 Hz trên hệ thống ở vị trí trên hệ thống treo và trên đệm ghế ngồi người điều khiển. Từ kết quả đo nhận thấy hệ thống treo và đệm ghế ngồi có hiệu quả tương đối tốt theo phương trước sau của ghế. Tuy nhiên, nó vẫn xuất hiện cộng hưởng ở tần số thấp trong vùng (2÷8) Hz nó là nguyên nhân gây ra không thải mái cho người điều khiến khi máy hoạt động ở vùng tần số thấp.

(4)

Đánh giá hiệu quả ghế ngồi thông qua hệ số SEAT

Để đánh giá hiệu quả hệ thống treo và đệm ghế ngồi người điều khiển, hệ số SEAT được chọn để đánh giá khi bệ thử được một lực kích kích dao động điều hòa F=850 sin (2ft) (N), với tần số thay đổi f=(2÷10)Hz, trọng lượng người điều khiển md=65 kg và đo trong t=240s. Hệ số SEAT được xác định dựa trên dữ liệu gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển đo được theo miền thời gian. Quan hệ giữa hệ số SEAT và tần số kích thích dao động f theo phương đứng của ghế ngối người điều khiển được thể hiện trên hình 6.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 0

1 2 3

Tan so f/Hz

He so SEAT

Hình 6. Hệ số SEAT ở các tần số kích thích khác nhau Từ hình 6 chúng ta nhận thấy rằng giá trị hệ số SEAT <1 ở các tần số kích thích 2Hz, 3Hz, 4Hz, 5Hz, 8Hz, 9Hz và 10Hz điều đó có nghĩa rằng hiệu quả hệ thống treo ghế ngồi theo phương thẳng đứng tương đối tốt đặc biệt là tần số kích thích 8Hz giá trị hệ số SEAT giảm 62,8%. Tuy nhiên, giá trị hệ số SEAT>1 ở các tần số kích thích 6Hz, 7Hz nó là nguyên nhân gây ra không thải mái cho người điều khiến.

KẾT LUẬN

Trong nghiên cứu này, một thí nghiệm đo gia tốc dao động theo các phương của ghế ngồi người điều khiển máy xây dựng được thiết lập trên bệ thử để đánh giá hiệu quả hệ thống treo và đệm của ghế ngồi. Dưới đây một số kết luận được rút ra (1) hệ thống treo và đệm ghế ngồi có hiệu quả tương đối tốt ở phương trước – sau của ghế. Tuy nhiên, hiệu quả ở các phương khác tương đối xấu nó là nguyên nhân gây ra không thoải mái cho người điều

khiển; (2) Theo phương thẳng đứng của ghế ngồi, giá trị hệ số SEAT<1 ở hầu hết các tần số kích thích trừ tần số kích thích 6Hz, 7Hz nó nguyên nhân chính làm giảm hiệu quả hệ thống treo ghế ngồi người điều khiển.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Jian-Da Wu, Rong-Jun Chen(2004),

“Application of an active controller for reducing small-amplitude vertical vibration in a vehicle seat”, Journal of Sound and Vibration, Vol.274, pp. 939-951.

2. Weichao Sun, Jinfu Li, Ye Zhao, Huijun Gao (2011), “Vibration control for active seat suspension systems via dynamic output feedback with limited frequency characteristic”, Mechatronics, Vol.21, pp. 250–260.

3. Seung-Bok Choi, Young-Min Han (2007),

“Vibration control of electrorheological seat suspension with human-body model using sliding mode control”, Journal of Sound and Vibration, Vol.303, pp. 391–404.

4. Ö. Gündoğdu (2007), “Optimal seat and suspension design for a quarter car with driver model using genetic algorithms”, International Journal of Industrial Ergonomics, Vol.37, pp.

327–332

5. Younggun Cho, Yong-San Yoon (2001),

“Biomechanical model of human on seat with backrest for evaluating ride quality”, International Journal of Industrail Ergonomics, Vol. 27, pp.

331-345.

6. Neil J. Mansfield, Michael J. Griffin (2000),

“Difference thresholds for automobile seat vibration”, Applied Ergonomics, Vol.31, pp. 255-261.

7. G.J. Steina, R. Zahoranský T.P. Gunstonb, L.

Burström, L. Meyer (2008), “Modelling and simulation of a fore-and-aft driver’s seat suspensionsystem with road excitation”, International Journal of Industrial Ergonomics, Vol.38, pp. 396–409.

8. Y. Qiu, M.J. Griffin (2003), “Transmission of vibration to the backrest of a car seat evaluated with multi-input models”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 274, pp. 297÷321

9. Suzanne D. Smith, Jeanne A. Smith, David R.

Bowden (2008), “Transmission characteristics of suspension seats in multi-axis vibration environments”,International Journal of Industrial Ergonomics, Vol.38, pp.434÷446.

10. ISO 2631-1 (1997), “Mechanical vibration and shock-Evanluation of human exposure to whole- body vibration”, Part I: General requirements,

(5)

The International Organization for Standardization.

11. Le Van Quynh, Jianrun Zhang, Guowang Jiao, Xiaobo Liu, Yuan Wang (2011) “Vibration

Analysis and Optimal Design for Cab’s Isolation System of Vibratory Roller”, Advanced Materials Research, Vol 199-200, pp. 936-940.

SUMMARY

EVALUATING THE PERFORMANCE OF DRIVER’S SEAT SUSPENSION SYSTEM OF CONSTRUCTION MACHINE USING A TEST METHOD

Le Van Quynh* University of Technology - TNU The rational design of suspension system and cushion of driver’s seat not only reduces transmission of vibration to the human body but also improves driver performance. To evaluate the performance of the construction machine driver's seat, a driver's seat vibration test was set up on avibration test bed to measure vibration acceleration under low-frequency excitation conditions.

Frequency domain acceleration and the SEAT factor are selected to evaluate the performance of the suspension and cushion of driver’s seat. Analytical results show that the performance of the suspension system and the cushion is relatively good in the fore-and-aft direction and the value of SEAT factor of the vertical suspension of driver’s seat is less than 1 atthe most of lowexcitation frequencies and especially reduced 62.8% at the excitation frequency of 8Hz.

Keywords: Construction machine, driver's seat, suspension system, test, SEAT factor, performance

Ngày nhận bài: 08/9/2017; Ngày phản biện: 22/9/2017; Ngày duyệt đăng: 30/9/2017

*Email: lequynhdl@yahoo.com

Tài liệu tham khảo

Tài liệu liên quan

Lĩnh vực nghiên cứu: thiết kế các bộ điều khiển các hệ truyền động bám, nghiên cứu phát triển các phương pháp điều khiển hiện đại, số hóa và xử lý tín hiệu.. Tác giả

Lĩnh vực nghiên cứu: các nguồn năng lượng mới, điều khiển thông minh trong lưới điện, các hệ thống truyền động và điện tử công suất thông minh. Hiện nay, tác

Hơn nữa, tính mới trong nghiên cứu này là hệ thống có thể sử dụng cho việc ấp mọi loại trứng gia cầm, thay vì chỉ một loại như các sản phẩm, nghiên cứu đã được công bố

Bài báo tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát nồng độ cồn cho người sử dụng phương tiện tham gia giao thông đường bộ với các chức năng như: hiển thị kết quả

Trong nghiên cứu này, PVA được áp dụng kết hợp lưới điện phân phối hiện có của tòa nhà như một thiết bị bù công suất (P và Q) nhằm tận dụng tối đa nguồn năng lượng mặt

Với mục tiêu ban đầu của nghiên cứu, nhóm tác giả đã đề xuất phương pháp ứng dụng giao thức vận tải tầm xa MQTT thông qua kiến trúc ba tầng cùng các thiết kế

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát, đo lường và điều khiển hỗ trợ chăn nuôi sử dụng cảm biến, vi điều khiển và ngôn ngữ lập trình

Hiện nay, các thiết bị điều khiển vận hành xa, các thiết bị cảnh báo sự cố ngày càng được áp dụng rộng rãi trong hệ thống phân phối điện nhằm nâng cao độ tin cậy