纵轴式掘进机垂直振动模型及座椅舒适性分析

摘要

为了研究纵轴式掘进机截割时的垂直振动情况和司机的舒适性,建立了掘进机整机-座椅的阻尼减振模型,以国际标准ISO 2631作为舒适性评价指标,在掘进机横扫和钻进2种典型工况下,分析了座椅系统的刚度-阻尼参数特性,确定其最优匹配关系;对比研究了3组刚度-阻尼参数配置座椅(Ⅰ组-原刚性座椅参数配置、Ⅱ组-"稍有不适"参数配置和Ⅲ组-"无不适感觉"参数配置)的振动耗散能力。结果表明:刚性座椅Ⅰ的垂直加权加速度均方根大于0.8,司机主观感觉为不舒适,与试验结果吻合;在限定座椅共振频率条件下,当座椅刚度系数大于7×10^5N/m,座椅阻尼系数大于3.4×10^4N·s/m时,2种工况下座椅垂直加权加速度均方根小于0.315,司机主观感觉为无不适感觉。相比刚性座椅Ⅰ组,阻尼座椅Ⅱ组和Ⅲ组的垂直加速度均方根分别降低了35.7%、50.9%(横扫工况)和38.7%、54.9%(钻进工况),频响峰值分别降低了73.8%、92.4%(横扫工况)和74.9%、92.8%(钻进工况),说明司机阻尼座椅的舒适性得到了很大改善,2种工况下的振动耗散能力接近,且与参数匹配结果一致。对截割力和座椅响应的频域特性分析发现,截割力一阶频率为1.66 Hz,与座椅响应的峰值频率1.65 Hz接近,是影响司机座椅舒适性的主要载荷成分,这些分析结果可为掘进机高性能阻尼座椅的动态设计和优化提供参考。