Файл: Малиновский, Е. Ю. Динамика самоходных машин с шарнирной рамой (колебания и устойчивость движения).pdf

оценки уровня колебаний машины на стадии ее проектирова­ ния, целесообразно в ближайшее время регламентировать их (например, в рамкам ГОСТа). Такая регламентация позволит производить сопоставимые сравнения колебаний различных ма­ шин и сделает возможным сопоставлять уровень колебаний с паспортной скоростью машины.

При динамическом расчете системы нас, как обычно, будет интересовать математическая модель дороги. Ясно, что в том случае, если предполагается численный расчет системы, то ма­ тематической моделью дороги будет выражение (ИЗ). Если же исследуется математическая модель системы с помощью АВМ, то задача отработки сигнала, эквивалентного возмущению, действующему на машину со стороны дороги, может быть вы­ полнена с использованием генератора белого шума и некото­ рого набора фильтров. Рассмотрим эту задачу подробнее.

Генератор белого шума (например, типа ГШ-1) обычно ха­ рактеризуется некоторым постоянным значением Афш спектраль­ ной функции в заданной полосе частот Асо. Ширина полосы Асо оговаривается в паспорте генератора. У разных экземпляров прибора величина NTm может сильно отличаться, поэтому чаще всего приходится тарировать источник шума, определяя любым доступным способом дисперсию выходного сигнала DTUl. Зная эту величину, можно в соответствии с формулой (ПО) опре­ делить

Дсо

Предположим, что мы ограничимся синтезированием сигна­ ла, спектр которого будет задан функцией

(сю)2 + ой

Для построения фильтра, преобразующего белый шум в сиг­ нал с таким спектральным составом, удобно воспользоваться простым апериодическим звеном, характеризующимся коэффи­ циентом усиления k и постоянной времени Т. Для такого звена

70

Формула (119) определяет параметры простейшего фильтра. Из анализа ее, в частности, следует, что простым апериодиче­ ским звеном можно ограничиться только в том случае, если принять, что скорость движения машины постоянна. В другом случае фильтр должен иметь переменные параметры, изменяю­ щиеся в функции V.

Подобные схемы, а также схемы формирования возмущаю­ щего воздействия для более сложных случаев (наличие перио­ дической составляющей и взаимной связи микропрофилей пра­ вой и левой колеи) рассмотрены в работах кафедры теоретиче­ ской механики МАДИ [31].

4. ЧЕЛОВЕК В СИСТЕМЕ МАШИНА — ДОРОГА

Рассмотрим возможности человека, связанные с восприятием низкочастотных непериодических колебаний. Большинство ис­ следователей придерживается мнения, что в интересующей нас области частот, определяемых движением колесной машины, уровень колебаний, воспринимаемых человеком, может опре­ деляться среднеквадратичной величиной о у ускорений тела

человека. Эта величина обычно измеряется в долях g — уско­ рения свободного падения и фиксируется прибором в точках контакта тела человека с рабочими поверхностями. Всякий по­ верочный расчет колебаний машины должен заканчиваться

определением величины сг-у, которая должна быть сравнена с соответствующими допустимыми значениями [ау]. При выпол­ нении проектного расчета машины величиной [ay] необходимо задаться.

Отметим, что до настоящего времени официальных нормати­ вов для задания [а у ] не существовало. Даже в практике авто­ мобилестроения известные значения [ay ] сильно различались

между собой. Приводимые в этом параграфе данные могут служить исходными для расчетов и сравнений.

Принято считать, что машина обладает удовлетворительны­ ми качествами по плавности хода, если колебания ее не вызы-

71

вают чрезмерного утомления оператора, заставляющего его прерывать работу для отдыха в течение смены, а длительная работа на машине не вызывает необратимых физиологических изменений в организме. Если машина имеет такие свойства, то можно принять, что по уровню колебаний она удовлетворяет значению [оу]. Чтобы исключить элемент субъективизма в

•определении [сту], требуются длительные и всесторонние наблю­

дения с привлечением средств медицинского контроля состоя­ ния человека.

Опросы показывают, что трактористы, скреперисты и буль­ дозеристы чаще, чем рабочие других специальностей, страдают заболеваниями желудка, позвоночника, а также расстройствами других функций организма. Повышенная усталость после рабо­ ты и отсутствие аппетита обычно связывают с воздействием «тряски».

Человек, как известно, не имеет специального органа ощу­ щения колебаний, поэтому действующие колебания человек определяет комплексом психофизиологических сигналов, фор­ мируемых вестибулярным аппаратом, зрением, кожными рецеп­ торами. Человеческий организм в разной степени реагирует на такие параметры колебаний, как амплитуда, скорость, ускоре­ ние и скорость нарастания ускорения колебаний. Особенно важ­ ной оказывается связь этих параметров с действующей ча­ стотой.

X. Гирке [5], изучивший упругие свойства тела человека, построил его биодинамическую модель (рис. 26). Эта модель учитывает распределение масс тела человека (голова 1, верх­ ний плечевой пояс 2, тазовая область 5, колени и ступни 6, 7) и соответствующие упругие свойства позвоночного столба 4 и

-диафрагмы 3. Однако сравнение испытаний манекена, постро­ енного в соответствии с этой моделью, и человека показали су­ щественно несопоставимые результаты, особенно в области ча­

стот выше 6—8 Гц. Уточненные экспериментальные исследова­ ния позволили выявить следующее (рис. 27). При возбуждении (колебании) в области частот 0—4 Гц тело человека ведет себя как некоторая единая масса; в области частот 4—8 Гц в теле человека проявляются различные резонансные явления, в основном связанные с интенсивными относительными колеба­ ниями верхнего плечевого пояса и таза, на частотах выше 8 Гц — человек уже с определенными затратами энергии спосо­ бен активно противодействовать возмущениям.

Тот факт, что при частотах 0—4 Гц тело человека не возбуж­ дает резонансных колебаний, не свидетельствует о том, что че­ ловек безразличен к ним, ибо они в полной мере восприни­ маются вестибулярным аппаратом, зрением и т. д. Однако от­ сюда следует, что если в интересующем нас колебательном про­ цессе основная энергия приходится на область низких частот

72

(до 4 Гц), то в расчетной схеме человека на сиденьи можнорассматривать в виде одной сосредоточенной массы. В другом случае эквивалентная расчетная схема человека будет более сложной.

Как уже упоминалось, большинство исследователей считает, что в полосе частот 0—8 Гц в качестве критерия оценки уровня следует принимать среднеквадратичное ускорение как для ста-

ционарных колебаний, так и для колебаний, носящих случай­ ный характер.

В качестве примера определения абсолютной величины до­ пускаемых ускорений в полосе частот 0—30 Гц можно привести результаты испытаний, проведенных с военнослужащими бро­ нетанковых войск [38]. Суть испытания состояла в следующем. Испытуемые (мужчины в возрасте 21—50 лет) находились на сиденьи, установленном на вибрирующей платформе; задава­ лась определенная частота вибрации платформы, амплитуда по­ степенно повышалась. Испытуемый давал команду прекратить увеличение амплитуды, когда колебания становились ощутимо неудобными, мешали вести наблюдения и управление.

Результаты совокупности экспериментов изображены на рис. 28. На графике заштрихована полоса, соответствующая ин­ тервалу 90% достоверности для значений о у . Видно, чтооу в

полосе частот от 1 до 5—7 Гц равно примерно 0,3 g. Обобщенные результаты по данным многих исследователей

показаны на рис. 29 [34]. В интересующей нас полосе частот, соответствующей движению колесной машины, уровень колеба­ ний, беспокоящих человека, вновь приближается к значению

0,2-0,3 g.

73