Патент на изобретение №2255008

(54) КРЕСЛО МАШИНИСТА ЛОКОМОТИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для защиты людей от вредного воздействия вибрации и может быть использовано в системах виброзащиты на транспортных средствах, подверженных воздействию вибрации. Кресло машиниста локомотива содержит 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. Кроме того, кресло содержит аэродинамический генератор колебаний с профильной стенкой с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик параметров вибрации до допустимых санитарно-гигиенических требований. 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, при этом внешний цилиндр подвески сиденья соединен с направляющей втулкой фиксатором. Несколько катков-виброизоляторов из упругого материала, изолирующих от вертикальных вибраций, закрепленных на осях кронштейнов и соединенных 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, изолирующих от горизонтальных вибраций, закреплены на вертикальных осях, соединенных с внешней поверхностью стенки внутреннего цилиндра подвески сиденья с другой стороны. Технический результат – активная виброзащита человека от вредных вибраций с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик параметров вибрации до допустимых санитарно-гигиенических требований. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта. Оно может быть использовано также в виброзащитных подвесных сиденьях человека-оператора, работающего на горной и дорожно-строительной технике.

Известно кресло машиниста локомотива [1], содержащее сиденье и подвеску, состоящее из каркаса и спинки, выполненных из профилей и оснащенных гибкой арматурой в виде пружин, профилированными пенополиуретановыми подушками и перемещаемой по высоте опорой под поясницу. На спинке установлены подлокотники, откидывающиеся вверх для удобства посадки и выхода с кресла и раздвигающиеся в поперечном направлении. На сиденье расположены ручки управления перемещения сиденья вперед-назад, вверх-вниз. Подвеска состоит из основания, крепящегося к полу, цилиндра, в котором вмонтирован пружинный механизм с шариковым замком, регулирующим кресло по высоте и подвесной цилиндр с крановым механизмом, регулирующим вес машиниста, внутри которого размещен гидродемпфер с пружиной, надетой на наружный цилиндр, выполняющей виброзащиту. Подвеска закрыта металлическим кожухом, на котором имеется шкала для ориентации веса машиниста.

Известно кресло машиниста локомотива [2], содержащее основание, с которым соединена трубчатая стойка с герметически закрытым дном и сверху выполненными заплечниками. Внутри стойки размещен ползун, в котором с помощью фиксатора закреплен стержень с кольцевыми проточками, заканчивающийся опорным диском. В нижней части ползуна предусмотрены вставки из антифрикционного материала. К опорному диску прикреплена верхняя часть кресла, состоящая из сиденья, спинки, подлокотников. Между дном ползуна и дном стойки размещен упругий элемент. К верхней части стойки на равных расстояниях по окружности жестко прикреплены несколько стаканов, в которых размещены цилиндрические ползуны, с установленными роликами с предварительно сжатыми упругими элементами из резины, размещенными в стаканах. Стойка имеет вставки, находящиеся в заполненной маслом ванне, перемещающиеся между направляющими.

В качестве прототипа предлагается изобретение по SU №357110, В 60 N 2/02, от 24.09.1972 г., содержащее такие общие существенные признаки с заявленным изобретением, как:

“Кресло машиниста локомотива, содержащее трубчатый каркас сиденья, спинку кресла поролоновыми подушками, подлокотниками, опорный диск, шток, внутренний цилиндр подвески сиденья, фиксатор, пружину, опирающуюся на основание подвески сидения, несколько катков-виброизоляторов и оси и кронштейны крепления катков-виброизоляторов”.

Недостатком аналогов прототипа является то, что виброзащита является пассивной системой, в которой отсутствует регулировка амплитудно-частотной характеристики вибрации в диапазоне низких и высоких частот, в зависимости от неравномерного движения, технического состояния локомотива, профиля пути и других динамических нагрузок, в результате чего не обеспечивается достаточная эффективность защиты человека от вредных вибраций.

Возникает техническая задача создания кресла машиниста локомотива с активной системой виброзащиты человека от вредных вибраций с возможностью регулирования амплитудно-частотных характеристик параметров вибрации до допустимых санитарно-гигиенических требований.

В предлагаемом изобретении поставленная задача решена путем снижения вредного влияния вибрации на человека-оператора (машиниста) по способу активного виброгашения [2, стр.75] “с применением автоматического пневматического управляющего устройства, обладающего “обратной связью”, т.е. каналом информации, который при использовании измерительного устройства чувствительно реагирует на отклонения системы и вырабатывает команду, создающую противодействие и гасит вибрацию”. Указанное виброгашение важно обеспечить на частотах по наиболее подавляющей амплитуде, которая устанавливается опытным путем при экспериментах по снижению вибрации. Поставленные задачи применения активной виброзащиты решены с применением генератора колебаний с профильной стенкой (смотри книгу [3, стр.30-32]), где при передаче давления питания в канал питания струя обтекает профильную стенку и попадает через приемный канал в приемную камеру. Последняя заполняется воздухом, и давление в ней повышается. В результате в определенный момент времени в приемном канале создается противодавление, вследствие чего струя опрокидывается от профильной стенки. Начинается опустошение камеры и падение давления в ней. При снижении давления в камере струя питания возвращается к профильной стенке и начинается повторный цикл заполнения приемной камеры.

Генерируемые в камере колебания могут иметь различную форму. Если в генераторе подключить дроссель и выходную камеру и, регулируя дросселем, можно менять амплитуду и форму генерируемых колебаний в выходной камере, то задача будет решена, так как колебания будут носить синусоидальный характер.

Кроме того, в предлагаемом изобретении решение задачи проводится с применением быстродействия струйных систем управления передачи давления по коммуникационным каналам в процессе экспериментальных исследований и проведением необходимых расчетов по известным формулам в указанном источнике [3].

В прототипе с целью уменьшения вертикальных и горизонтальных колебаний сиденья решено использовать направляющие, размещенные в верхней части стойки, которые выполнены в виде роликов, прижимаемых к ползуну посредством упругих элементов. В предлагаемом изобретении, кроме применения генератора колебаний с профильной стенкой, горизонтальные и вертикальные колебания и смещения снижаются путем использования перпендикулярно расположенных катков-виброизоляторов, а регулировку кресла по высоте предложено выполнить в виде резьбового соединения (ленточной резьбой) штока, соединенного с опорным диском сиденья с резиновыми прокладками, проходящего через втулку с резиновой манжетой и фиксацией его в устойчивом положении, подача сжатого воздуха осуществляется через входной штуцер на плате, а подача питания в канал воздухом из платы через гибкий шланг с обтеканием профильной стенки попадает через приемную камеру с дополнительным дросселем для регулирования амплитуды.

Рассмотрены теоретические возможности применения струйной автоматики и, в частности, генератора колебаний с профильной стенкой. Каждая система пневматики включает функциональные элементы входных и выходных устройств системы питания, давления, расход воздуха в системе и др.

Основные из них определяются по формулам

Расход воздуха [2]

где – коэффициент расхода;

f – площадь проходного сечения канала дросселя;

g – ускорения земного притяжения;

– удельный вес воздуха;

P₁ – давление воздуха перед дросселем;

P₂ – давление воздуха за дросселем.

Для входного дросселя (диаметром d_o) и дросселя “сопло-заслонка” формула расхода соответственно имеет вид

где _c – коэффициент расхода;

₀=0,7;

P₀ – избыточное давление.

Площадь поперечного сечения выходного отверстия определяют по формуле

где d_c – диаметр сопла;

d_T – диаметр приемной трубы.

Давление питания сжатым воздухом вычисляют по формуле

где P_{к мах} – давление приемной камере, принимается из условий эксплуатации пневмосистемы;

_с, _вых – коэффициенты расхода дросселей, принимаются опытным путем при экспериментах.

Скорость выхода воздушной струи определяется по известным формулам в аэродинамических системах, исходя из давления, расхода воздуха, площади проходных сечений каналов, ускорения земного притяжения, удельного расхода воздуха, а также известных значений гигиенических характеристик и норм вибрации, воздействующих на человека, как средние значения виброскорости или логарифмические уровни в октавных полосах частот, которые принимаются при исследовании вибрации.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое кресло машиниста локомотива обладает существенными признаками:

1. Решается задача в применении активной виброзащиты машиниста локомотива от вредных влияний с применением генератора колебаний с профильной стенкой, используемой для регулирования амплитуды колебаний и давления струи через дополнительный дроссель для снижения вертикальных колебаний.

2. Устройство катков-виброизоляторов из упругой прочной резины с взаимно перпендикулярным расположением для снижения вертикальных и горизонтальных колебаний в дополнении к п.1.

3. Способность регулировать амплитуду вибрации на различных частотах.

4. Способность обеспечить снижение вибрации по горизонтальным и вертикальным направляющим в дополнение п.п.1, 2 через втулку с манжетой и резиновой прокладкой, соединенной с опорным диском сиденья.

5. Питание сжатым воздухом генератора через входной штуцер в каналы платы, гибкий шланг с обтеканием профильной стенки на приемный канал и приемную камеру с дополнительным дросселем для регулирования амплитуды.

Заявителем просмотрена литература УДК 628.517; 537(07); УДК 625.2.042. (088.08) и патенты М. Kd B 61 d 33/00, В 60 n 1/02; M. Kd B 60 №2/50; F 16 F 7/08.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них существенных признаков, сходных с новыми существенными признаками заявленного кресла машиниста локомотива.

Предложенная совокупность отличительных признаков представляет новое решение поставленной задачи и соответствует изобретательскому уровню.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами (фиг.1, фиг.2). На фиг.1 – продольный разрез кресла, общий вид; на фиг.2 – разрез по линии А-А фиг.1.

Кресло содержит трубчатый каркас сиденья 1, спинку с поролоновыми подушками 2, подлокотники 3, штуцер 4 для подачи сжатого воздуха в плату 5 с внутренними каналами (на чертеже не показаны) с выходом воздуха в соединительный шланг 6, канал питания 7, профильную стенку 8 для создания противодавления и направления струи в приемный канал 9, приемную камеру 10, дроссель 11, выходную камеру 12, реле 13 для регулирования давления воздуха в системе питания, штуцер 14 для выхода струи воздуха при избыточном давлении, опорный диск 15, опирающийся на шток 16 с буртиком, прокладку-диафрагму 17 из упругого жесткого материала (резины), манжету 18, направляющую втулку 19, соединяющуюся ленточной резьбой 20 с внутренним цилиндром 21, внешний цилиндр 22, фиксатор 23, соединяющий внешний цилиндр с направляющей втулкой, пружину 24, опирающуюся на основание подвески 25, несколько катков-виброизоляторов из упругого жесткого материала, изолирующих от вертикальных вибраций 26, закрепленных на осях 27 кронштейнов 28, соединенных с внутренним цилиндром подвески, перекатывающихся по нижней (верхней) полкам двухтаврового круга 29, закрепленного к внешнему цилиндру подвески кресла, несколько катков-виброизоляторов 30 из упругого жесткого материала, изолирующих от горизонтальных вибраций, закрепленных на вертикальных осях 31, кронштейнах 32, соединенных с внешней поверхностью стенки внутреннего цилиндра подвески с одной стороны и прижатых к внутренней стенке внешнего цилиндра с другой стороны.

Кресло машиниста локомотива работает следующим образом. При действии вибрации на основание подвески 25 вместе с ним будут совершать колебания направляющая втулка 19, внешний 22 и внутренний цилиндр 21, фиксатор подвески 23, шток 16, опорный диск 15, двутавровый круг 29, подлокотник 3. Через систему виброзащиты, включающую упругий подвес ее элементов, колебания будут передаваться также изомеруемому объекту, т.е. каркасу сиденья 1, спинкам кресла с поролоновыми подушками 2, прокладке-диафрагме 17, манжете 18, пружине 24, каткам-виброизоляторам 26 и 30, при этом энергия колебаний объекта будет рассеиваться при трении элементов за счет диссипатии в упругожестких материалах и преобразовываться в тепло, снижаться вибрация на сиденье, спинке с поролоновыми подушками 2, упругожесткой прокладке-диафрагме 15, манжете 18, катках-виброизоляторах 26 и 30, пружине 24. Кроме того, уменьшение амплитуды колебаний, снижение уровня вибраций будет происходить за счет активного аэродинамического взаимодействия потоков воздуха на входе и выходе каналов в плате 5, управления колебаниями и корректировки амплитудно-частотных характеристик вибрации через аэродинамический генератор колебаний с профильной стенкой через посредство входного канала соединительного шланга 6, канала питания 7, профильной стенки 8 для создания противодавления и направления струи в приемный канал 9, приемную камеру 12, дроссель 11, выходную камеру 12, реле 13 регулирования давления воздуха в системе питания, штуцер 14 для выхода воздуха при избыточном давлении.

Предварительная корректировка параметров каналов во входной и выходной струях, определяемых расчетом и экспериментальными исследованиями, позволяет обеспечить оптимальные условия и предельно-допустимые уровни вибрации на изолируемом объекте кресла-сиденья 1.

Источники информации

1. Кресло машиниста. Техническое описание и инструкция по эксплуатации КЛ-7500-0 ТО. Завода-изготовителя.

2. Ф.М.Диментберг, К.В.Фролов. Вибрация в технике и человек. Издательство “Знание”, М., 1987 г., 160 с.

3. И.М.Елимелих, Ю.Г.Сидоркин. Струйная автоматика (пневматика). Лениздат 1972 г., стр.31-32.

Формула изобретения

1. Кресло машиниста локомотива, 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, отличающееся тем, что 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, 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, при этом 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.

2. Кресло по п.1, отличающееся тем, что аэродинамический генератор колебаний с профильной стенкой предназначен для создания противодавления и направления струи в приемный канал, в приемную камеру, в дроссель и выходную камеру, содержит реле для регулирования давления воздуха в системе питания и штуцер для выхода струи воздуха при избыточном давлении.

РИСУНКИ