Автоматизация процесса виброутепления бетонной смеси

Расчет заработной платы прочих работающих

Годовой фонд оплаты труда (ФОТ) административно-управленческого и обслуживающего персонала равен 960000 рублей.

Единый социальный налог (ЕСН) составляет 26% от фонда оплаты труда, т.е. 249600 рублей.

Амортизация основных производственных фондов

Амортизация составляет 10% от стоимости ОПФ, т.е. 11220 руб./год.

Аренда помещений и оборудования

Аренда производственных площадей

Для организации производства было арендовано помещение общей площадью 100 кв. м, имеющее разделение на производственную и административную часть. Стоимость годовой аренды - 2900 руб./м², т.е. 290000 рублей в год.

Аренда оборудования

Из-за высокой стоимости стенда для установки микросхем на печатные платы (580000 руб.) было принято решение об его аренде.

Стоимость годовой аренды - 84000 руб./год.

Амортизация оборудования

Амортизируется оборудование, находящееся в собственности.

С_А = 56100*0,2=11220 руб./год.

Таблица 2.11

Затраты на рекламу

Страхование имущества

Имущество страхуется на год по ставке 6% от стоимости всего имеющегося в распоряжении фирмы имущества.

С_СТР = Цена оборуд.*0,06

С_СТР= 621100*0,06 = 37260 руб./год.

Налог на имущество,

Составляет 2,2% от стоимости находящегося в собственности (амортизируемого) оборудования.

Н_ИМУЩ = 56100 * 0,022 = 1234,2 руб./год

Прочие расходы, С_ПР.

Они принимаются в размере 3% от суммы постоянных издержек.

Таблица 2.12

Результаты расчета себестоимости изготовления изделия

Таким образом, себестоимость выпуска единицы продукции составляет 28134,4 рубля.

2.2.2 Цена продукции

С учетом полученной себестоимости и проведенных ранее маркетинговых исследований установим цену (Ц) единицы продукции на уровне 31000 руб.

При этом рентабельность R, рассчитываемая следующим образом:

R = ·100%,

окажется равной 10,18 % (доходность - 110,18 %).

2.2.3 Оценка степени риска

1. Изменение законодательной базы

Изменение законодательной базы может привести к снижению числа действующих предприятий в одной области и повышению в другой, но в данном случае, ощутимое снижение числа действующих предприятий маловероятно, т.к., как уже отмечалось выше, строительство является одной из самых стабильных отраслей и актуально при любой законодательной базе.

2. Изменение системы налогообложения

При небольшом увеличении налогов бюджет фирмы должен выдержать (благодаря исследованиям динамики величины налогов в этой области было выяснено, что вероятность повышения налогов более чем на 5 % минимальна), также возможно увеличение отпускной цены продукции для увеличения доходов от продаж.

3. Возникновение конкурентов

Возникновение конкуренции возможно, хотя вероятность этого невелика, т.к. к моменту появления конкурентов на рынке фирма уже приобретет некоторую известность, а цена продукции фирмы невысока, поэтому вхождение на старый рынок с новой продукцией будет проблематично.

Методами борьбы с конкуренцией можно назвать широкую рекламу (рассылка буклетов всем предприятиям, производящим ЖБИ), слежение за изменениями в этой отрасли.

4. Собственные просчеты

Естественно, при планировании возникают собственные просчеты. Но, благодаря выбранной отрасли (строительство), относительно небольшому заемному капиталу, организационно-правовой форме риск минимален при возможной наибольшей выгоде.

2.3 Финансовый план

Этот раздел обобщает все предыдущие разделы бизнес-плана в стоимостном выражении.

Финансовый план включает в себя следующие разделы:

- прогноз доходов и расходов. С его помощью можно определить чистую прибыль предприятия от реализации проекта;

- прогноз денежных поступлений и выплат;

- оценка эффективности реализации проекта.

2.3.1 Расчет точки безубыточности

Точка безубыточности позволяет найти тот объем продаж, при котором предприятие не получает прибыли и не терпит убытков (СД) представляют собой произведение цены единицы товара и объема выпуска.

(СР) - это сумма фиксированных (СФИ) и переменных (СПИ) совокупных издержек.

(СПИ) определяются как произведение объема продаж и (Пизд) - переменных издержек на единицу продукции.

Таблица 2.3.1

План доходов и расходов

Таблица 2.3.2

План денежных поступлений и выплат

Совокупные фиксированные издержки не зависят от объема выпуска продукции. Они зависят от производственных мощностей предприятия.

СФИ = З/П+ ЕСН + Аренда - А + Реклама + Ском.пл + Скр + Сн.себ +

+ Странсп

2.3.2 Расчет чистого дисконтированного дохода по проекту

Чистый дисконтированный доход (NPV) представляет собой разность между дисконтированными величинами дохода и инвестиций по проекту.

NPV = -К + ((Дt-Ct)*(1-kпр)+At)/(1+i)

В данной формуле:

- Д_t - дисконтируемый доход в рассматриваемом периоде;

- С_t - суммарные издержки, дисконтированные в расчетном периоде без амортизационных отчислений;

- К - капитальные вложения в текущем периоде;

- k_ПР - ставка налога на прибыль;

- А_t - амортизационные отчисления;

- i - ставка дисконта в расчетном периоде.

i = 30%/год - ставка дисконта при альтернативном вложении в банк.

Как видно на графике: NPV становится положительным уже до конца первого года (октябрь-ноябрь), что говорит о прибыльности проекта.

Выводы:

Для осуществления проекта необходимо выполнение следующих условий:

· величина инвестиций должна составлять 170000 руб., в том числе 10000 руб. - начальный капитал и 160000 руб. - кредит;

· цена изделия - 31 000 руб. при себестоимости - 28134,4 руб./изд.

· годовой объем выпускаемой продукции - 300 шт.

В результате проведенного экономического расчета (при выполнении вышеуказанных условий) можно сделать вывод о целесообразности вложения инвестиций в данный проект. Об эффективности инвестиций говорят следующие показатели:

· кредит в 160000 рублей будет возвращен за 9 месяцев.

· проект имеет большой запас прочности (коэффициент надежности равен 0,648);

· дисконтированный срок окупаемости проекта составит 10 месяцев;

· остаток прибыли после выплаты кредита и уплаты налогов в размере 514 тысяч рублей означает, что предприятие осталось в «плюсе» и может продолжать свою деятельность за счет накопленных собственных средств.

3. Производственная и экономическая безопасность

3.1 Воздействие неблагоприятных факторов на операторов

Нелегкий труд оператора машин и оборудования сопровождается вибрацией, снижающей производительность и приводящей к профзаболеваниям. Общая вибрация, как результат механического воздействия человека с внешней средой, является на протяжении всей биологической эволюции важным экологическим фактором. Формирование физиологических и патологических сдвигов со стороны различных систем организма, частота и степень выражения этих нарушений зависят от эргономических данных рабочего места и особенностей человека. В процессе работы машинисты подвергаются интенсивным вибрационным воздействиям. Вибрации возникают как от взаимодействия рабочих органов машины со средой, так и от внутренних процессов возбуждения вибраций, сопровождающих работу агрегатов и механизмов. В этих условиях у операторов, длительное время работающих, возникает вибрационная болезнь, ведущая к потере трудоспособности и инвалидности.

3.2 Воздействие шума

На оператора работающего на заводе действует так же шум. Шум как гигиенический фактор -- это совокупность звуков различной частоты и интенсивности, которые воспринимаются органами слуха человека и вызывают неприятное субъективное ощущение.

Шум как физический фактор представляет собой волнообразно распространяющееся механическое колебательное движение упругой среды, носящее обычно случайный характер.

Производственным шумом называется шум на рабочих местах, на участках или на территориях предприятий, который возникает во время производственного процесса.

Следствием вредного действия производственного шума могут быть профессиональные заболевания, повышение общей заболеваемости, снижение работоспособности, повышение степени риска травм и несчастных случаев, связанных с нарушением восприятия предупредительных сигналов, нарушение слухового контроля функционирования технологического оборудования, снижение производительности труда.

По характеру нарушения физиологических функций шум разделяется на такой, который мешает (препятствует языковой связи), раздражающий (вызывает нервное напряжение и вследствие этого -- снижения работоспособности, общее переутомление), вредный (нарушает физиологические функции на длительный период и вызывает развитие хронических заболеваний, которые непосредственно связаны со слуховым восприятием: ухудшение слуха, гипертония, туберкулез, язва желудка), травмирующий (резко нарушает физиологические функции организма человека).

Характер производственного шума зависит от вида его источников. Механический шум возникает в результате работы различных механизмов с неуравновешенными массами вследствие их вибрации, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей сборочных единиц или конструкций в целом.

Шум как физическое явление -- это колебание упругой среды. Он характеризуется звуковым давлением как функцией частоты и времени. С физиологической точки зрения шум определяется как ощущение, которое воспринимается органами слуха во время действия на них звуковых волн в диапазоне частот 16--20 000 Гц.

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.

Шум, даже когда он невелик (при уровне 50--60 дБА), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, состояние здоровья, вид труда, физическое и душевное состояние человека в момент действия шума и другие факторы. Степень вредности какого-либо шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума. Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может вызвать сильный раздражающий эффект.

Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания, связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 30--40 дБ, а в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором. С увеличением уровней до 70 дБА и выше шум может оказывать определенное физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме.

Под воздействием шума, превышающего 85--90 дБА, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма, так как на фоне этого шума не слышно сигналов транспорта, автопогрузчиков и других машин.

Эти вредные последствия шума выражены тем больше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его действие.

Таким образом, шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Патологические изменения, возникшие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь.

3.2.1 Защита от шума

Средства защиты от шума подразделяют на средства коллективной и индивидуальной защиты.

Борьба с шумом в источнике его возникновения -- наиболее действенный способ борьбы с шумом. Создаются малошумные механические передачи, разрабатываются способы снижения шума в подшипниковых узлах, вентиляторах.

Архитектурно-планировочный аспект коллективной защиты от шума связан с необходимостью учета требований шумозащиты в проектах планирования и застройки городов и микрорайонов. Предполагается снижение уровня шума путем использования экранов, территориальных разрывов, шумозащитных конструкций, зонирования и районирования источников и объектов защиты, защитных полос озеленения.

Организационно-технические средства защиты от шума связаны с изучением процессов шумообразования промышленных установок и агрегатов, транспортных машин, технологического и инженерного оборудования, а также с разработкой более совершенных малошумных конструкторских решений, норм предельно допустимых уровней шума станков, агрегатов, транспортных средств и т. д.

Акустические средства защиты от шума подразделяются на средства звукоизоляции, звукопоглощения и глушители шума.

Снижение шума звукоизоляцией. Суть этого метода заключается в том, что шумоизлучающий объект или несколько наиболее шумных объектов располагаются отдельно, изолировано от основного, менее шумного помещения звукоизолированной стеной или перегородкой.

Звукопоглощение достигается за счет перехода колебательной энергии в теплоту вследствие потерь на трение в звукопоглотителе. Звукопоглощающие материалы и конструкции предназначены для поглощения звука как в помещениях с источником, так и в соседних помещениях. Акустическая обработка помещения предусматривает покрытие потолка и верхней части стен звукопоглощающим материалом. Эффект акустической обработки больше в низких помещениях (где высота потолка не превышает 6 м) вытянутой формы. Акустическая обработка позволяет снизить шум на 8 дБ.

Таким образом для борьбы с шумом предусмотрены следующие мероприятия:

- совершенствование машин установок, в моем случае вибростенда.

- применение шумопоглощающего материала при конструировании кабин операторов.

3.3 Вибрация производственная

Основная задача по охране здоровья оператора, заключается в снижении уровня вибрации. Вот на ней мы остановимся поподробнее.

3.3.1 Воздействие вибрации на организм

Иследования показали, что профессиям высокого риска относятся операторы вибропрокатного стенда. Во многом влияние вибрации на человека зависит от ее спектрального состава. Известны области частот, в которых уровни вибрации могут сказываться на выполнении производственных операций. Так частота 4…5 Гц является резонансной областью для человека, работающего стоя, 11 Гц - сидя. Частоты вибрации, соответствующие наиболее часто непосредственно наблюдаемым вредным явлением приведены в табл.2. Интенсивность вибрации, вызывающей отмеченные явления, зависит от структуры объекта, его массы, продолжительности воздействия.

Таблица 3.1

Симптомы и области частот вредного воздействия вибрации на человека

К основным проявлениям вибрационной болезни относятся нейрососудистые расстройства. Они проявляются раньше всего на руках и сопровождаются интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемой феномен "мертвых" или белых пальцев. Одновременно развиваются мышечные и костные (вплоть до дегенеративно-дистрофических) изменения, а также расстройства нервной системы по типу неврозов.

В отличие от местной при общей В. возникают клинические симптомы, связанные с расстройствами деятельности мозга. При этом особенно часто страдает вестибулярный аппарат, появляются головные боли, головокружения. По степени выраженности патологического процесса выделяют 4 стадии заболевания: I -- начальная, II -- умеренно выраженная, III -- выраженная, IV -- генерализованная (встречается крайне редко). Помимо стадий, отмечают наиболее типичные синдромы: ан-гиодистонический, ангиоспастический, вегетативного полиневрита, невротический, вегетомиофасцита, диэнцефальный и вестибулярный.

Низкочастотная общая вибрация, особенно резонансного диапазона, вызывая длительную травматизацию межпозвоночных дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменения моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечника, может приводить к болевым ощущениям в области поясницы, возникновению и прогрессированию дегенеративных изменений позвоночника, заболеваний хроническим пояснично-крестцовым радикулитом, хроническим гастритом.

При рассмотрении особенностей действия общей вибрации надо иметь в виду, что тело человека представляет собой сочетание различных масс с упругими элементами, имеющими собственные колебания разной частоты. Под влиянием вибрации в ряде случаев может произойти явление резонанса, когда амплитуда колебаний отдельных частей или органов тела увеличивается в несколько раз по сравнению с амплитудой вибрации того или иного внешнего источника. Для человека в положении лежа резонансная частота находится в пределах 3-3,5 Гц, для сидящего - на частотах 4-6 Гц, а для стоящего на вибрирующей площадке имеется два резонансных пика - на частотах 5-7 и 17-25 Гц. Явления резонанса для тканей головы наступают в области 2О-3О Гц (в этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебаний плеч в 3 раза).

Ткани человека обладают различной способностью к передаче вибрации. Наилучшим проводником вибрации являются кости, мягкие ткани. Суставы же являются эффективными гасителями колебаний. С повышением частоты вибрации амплитуда колебаний частей тела по мере удаления от точки приложения уменьшается. Так, например, в диапазоне частот 50-70 Гц до головы доходит около 10% энергии передаваемой вибрации человеку, находящегося на виброплатформе. Вибрация частотой более 100 Гц практически не передается по телу человека и является большей частью местной.

Органы, непосредственно воспринимающие вибрации, делятся на две группы. К первой относятся органы равновесия (вестибулярный аппарат), находящиеся во внутреннем ухе. Взаимодействуя с соответствующими связями в мозгу, они работают как интегральный измеритель угловых и линейных ускорений. Информация, посылаемая в мозг органами равновесия, находящимися под влиянием вибраций, может оказаться искаженной, дезориентирующей, а в некоторых случаях раздражающей и вызывающей у человека состояние болезни. Силы и перемещения, вызываемые вибрацией, улавливаются большим числом механорецепторов во всем организме. Некоторые из них, находящиеся в мышцах и сухожилиях, сигнализируют о положении тела и действующих на него нагрузках. Они взаимодействуют с отделом центральной нервной системы, регулирующим положение тела и его движение. Эти рецепторы реагируют на любые изменения, в том числе низкочастотные.

Ко второй группе относятся рецепторы, расположенные в коже и соединительных тканях. Они выполняют функции осязания, реагируя на более высокие частоты (около 30 Гц). Вибрации оказывают определенное влияние на организм также через органы зрения и слуха.

При передаче вибраций от места приложения к рецепторам одни частоты усиливаются, а другие ослабляются. На рис.1 приведена кривая изменения в функции частоты показателя q =A₁/A₂ в системе голова-область таза.

Рис. 1. Изменение коэффициента q в функции частоты вибраций f

Здесь A₁ и A₂- амплитуды вертикальных вибраций тела на уровне головы и сиденья. Из рисунка видно, что на частоте 4 Гц показатель q=1,4. Это значит, что амплитуда вибраций на уровне головы на 40% больше, чем на уровне сиденья.

Характер воздействий вибрации на человека зависит от их длительности. Нарушения физиологических функций организма, наступающие под влиянием вибраций, имеют тенденцию к усилению с увеличением длительности воздействия.

Вибрация, высокий вибрационный фон среды представляют опасность для здоровья не только рабочих, в условиях производства, но и для других групп населения. Источниками вибрации в жилых зданиях являются: транспорт, промышленные установки, инженерно-технологическое оборудование зданий. По интенсивности колебаний наиболее воздействует на человека городской рельсовый транспорт: мелкого заложения и открытые радиусы метрополитена, железнодорожные магистрали. Вибрация, возникающая в зданиях от движения поездов, имеет регулярный прерывистый характер. По мере удаления от источника амплитуда колебаний снижается.

3.3.2 Защита от вибрации

Виброизоляция - это способ уменьшения вибрации защищенного объекта посредством введения в систему упругой связи, препятствующей передаче вибрации от источника колебаний к основанию или смежным элементам конструкций. Между источником вибрации и ее приемником, являющимся одновременно объектом защиты, устанавливают упругодемпфирующее устройство - виброизолятор - с малым коэффициентом передачи. Различают два вида возбуждения: силовое и кинематическое, при этом соответственно большую массу имеет приемник и его считают неподвижным или источник, и закон его движения считают заданным. В качестве виброизоляторов используют упругие материалы и прежде всего металлические пружины, резину, пробку, войлок. Выбор того или иного материала обычно определяется величиной требуемого статистического прогиба и условиями, в которых виброизолятор будет работать. Резина имеет малую плотность, хорошо крепится к деталям, ей легко придать любую форму и она обычно используется для виброизоляции машин малой и средней массы (ДВС, электродвигателей и др.).

В виброизоляторах резина работает на сдвиг и (или) сжатие. Металлические пружины применяют обычно тогда, когда требуется большой статистический прогиб или когда рабочие условия делают невозможным применение резины. Конструктивно пружинные виброизоляторы можно выполнить для работы практически на любой частоте. Однако металлические пружины имеют тот недостаток, что, будучи спроектированы на низкую частоту, они пропускают более высокие частоты. Пробку используют при нагрузке 50-150 кПа, отвечающей рекомендованному диапазону упругости. Обычно установку сначала устанавливают на бетонные блоки и уже последние отделяют от фундамента с помощью нескольких слоев пробковой плитки толщиной 2-15 см. Увеличение толщины будет понижать частоту, выше которой виброизоляция эффективна, но при большой толщине возникает проблема устойчивости. Поэтому пробку не применяют в области низких частот. Нефть, вода, умеренные температуры оказывают незначительный эффект на рабочие характеристики пробки, но стечением времени от нагрузки пробка сжимается.

Войлок толщиной 1-2,5 см., занимающий площадь 5% площади основания машины, - весьма распространенный изолирующий материал. Он имеет относительно большой коэффициент потерь и поэтому эффективен на резонансных частотах. Обычно войлок применяют в частотном диапазоне свыше 40 Гц.

В целом виброизоляция площадок осуществляется введением упругодемпфирующих связей между опорной плитой и вибрирующей поверхностью. Однако если предположить, что центр инерции оператора жестко связан с площадкой и имеет шесть степеней свободы, то такие системы очень чувствительны к положению центра масс.

3.3.3 Защита кабины оператора от вибрации

Наличие в системе промежуточных масс, звездочек, цепей и других элементов резко усложняет конструкцию. Учитывая то, что указанная площадка рассчитана на массу оператора около 70 кг, применения указанных схемных и конструктивных решений для объектов массой 300 кг и более представляется проблемной. В случае электроуправления машиной, что характерно для карьерных экскаваторов и буровых станков, рассмотрим виброизоляцию пола кабины, на котором устанавливается сиденье машиниста и электроконтролеры (рис. 1). Здесь отсутствуют внеопорные механические связи, возникающие в случае, когда имеются механические рычажные или тросовые проводки от рукояток управления к рабочим органам машины. Гибкие электрокабели при переходе с рамы машины на виброизолируемый пол образуют петли, практически исключающие влияние на работу виброизоляции.

Рис. 1

Общая схема, виброизоляции представлена на рис.1. Оператор находится в кабине 1. Он сидит на виброзащитном сиденье 2. Руки машиниста манипулируют контроллерами 3 двух электропультов 4, расположенных с обеих сторон сиденья. Сиденье 2 и электоропульты установлены на виброизолированном полу 5. Виброизолированный пол 5 установлен на четырех изоляторах 6, которые крепятся к основанию 8 кабины 1. Электрокабели 7 электропультов 4 образуют гибкие петли, не влияющие на работу виброизоляции.

3.3.4 Виброзащитное устройство расчет

На рисунке 1 показана схема виброзащитного устройства с направляющим механизмом маятникового типа и двухкамерным пневматическим упругим элементом с внутренним дросселированием. Объект виброзащиты представлен, как твердое тело, и его виброзащитные свойства определены для ряда сечений, положение которых определяется координатой r, отсчитываемой от центра масс. Таким образом, в итоге фактически определяется поле виброускорений на площадке виброзащитного устройства.

Рисунок 1 - Принципиальная схема виброзащитного устройства

Дифференциальные уравнения, определяющие движение виброизолируемого объекта

здесь через x обозначено вертикальное перемещение сечения массы m с координатой , а через y - вертикальное смещение остова, т.е. источника вибровозмущений.

(1)

Cистема (1) трёх нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка решалась различными численными методами, в том числе использовался метод Рунге-Кутта четвёртого порядка с автоматическим выбором шага, как обеспечивающий минимальное время счёта. В результате решения получены амплитудно-частотные характеристики рассматриваемой виброзащитной системы для разных уровней входного воздействия.

Расчеты показали, что анализ виброзащитных свойств пневмоподвески с использованием численных методов решения дифференциальных уравнений, требует значительных затрат машинного времени. По этой причине полученная система нелинейных уравнений была линеаризована в рамках общепринятых представлений теории пневмопривода. Ниже показана система линейных дифференциальных уравнений:

(2)

здесь о' - относительное демпфирование, определяемое потерями в резино-кордной оболочке, ;

- собственная частота колебаний, определяемая только жесткостью резинокордной оболочки, ;

относительное расстояние, отсчитываемое от центра масс объекта (положительное направление отсчёта r показано на рисунке 1).

Применяя преобразование Лапласа функций x, y, P₁, P₂ и решая полученную систему относительно x и y, определим передаточную функцию по перемещению от внешнего воздействия:

, (3)

где - изображения соответствующих перемещений; - комплексная относительная частота ().

Коэффициенты передаточной функции (3) в безразмерном виде:

(4)

здесь - квадрат собственной частоты колебаний системы при отключённом объеме V₂ и C = 0;

- относительная частота, определяемая жесткостью резинокордной оболочки, ;

Q₀ - добротность, обусловленная потерями в материале резинокордной оболочки, Q₀ = mщ₀(1+k₁² ) / о е²

N - относительный объем ,

;

Q - добротность, обусловленная дросселированием потока газа при протекании из объема V₁ в объем V₂,

Q = mщ₀ / о_др,(5)

где

Передаточная функция линейной системы полностью определяет её виброзащитные свойства.

Используя полученную передаточную функцию (3), определена амплитудно-частотная характеристика исследуемой виброзащитной системы. Сопоставление результатов решений системы (2) линейных уравнений (рисунок 2, кривая 1) и системы (1) нелинейных уравнений (прямоугольники на кривой 1) показало, что при амплитуде входного сигнала, не превышающей 10% от максимальной амплитуды относительного смещения объекта виброзащиты, они совпадают с точностью до 97%.

Таким образом, для анализа виброзащитных свойств сиденья оператора можно пользоваться результатами решения линейной системы дифференциальных уравнений.

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента передачи T_z от круговой частоты щ: 1 - АЧХ линейной системы, 2 - АЧХ эквивалентной линейной системы

При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала погрешность возрастает и составляет 10% и более (кружки на кривой 2). Однако можно искусственно подобрать параметр - добротность (Q) линейной виброзащитной системы так, что линейное решение (кривая 2) будет приближено к нелинейному (кружки на кривой 2) с погрешностью не превышающей 3%.

Установлено, что для анализа виброзащитных свойств (АЧХ) подвески с направляющим механизмом маятникового типа и пневматическим двухкамерным упругим элементом с внутренним дросселированием можно использовать передаточную функцию (3), а нелинейную систему (1) можно заменить искусственной линейной (2), введя критерий добротности (Q), величина которого определяться из условия эквивалентности АЧХ линейной и нелинейной систем.

Для исследуемой пневматической виброзащитной системы с двумя степенями свободы (рисунок 3) определена передаточная функция, определяющая её виброзащитные свойства,

(6)

Рисунок 3 - Принципиальная схема виброзащитной системы с двумя степенями свободы

Далее представлены результаты анализа влияния параметров устройства с направляющим механизмом маятникового типа и двухкамерным пневматическим упругим элементом с внутренним дросселированием на виброзащитные свойства.

Существенное влияние на виброзащитные свойства подвески оказывает коэффициент передачи T_z, который, как установлено, изменяется при переходе от сечения к сечению маятника виброзащитной системы, положение которых определяется координатой r. Причем на маятнике существует зона, в которой значения коэффициент передачи T_z минимальны (рисунок 4). Именно в этой зоне целесообразно располагать виброизолируемый объект.

Коэффициента передачи T_z зависит также от относительной частоты n (рисунок 5). Анализ полученных зависимостей показывает, что существует область изменения относительной частоты n, в которой значения коэффициента передачи минимальны, то есть обеспечивается наиболее эффективная виброизоляция. На АЧХ исследуемой виброзащитной системы существуют два экстремума - один максимум и один минимум. Разработанные программы позволили определить относительные частоты соответствующие этим экстремумам.

Рисунок 4 - Распределение коэффициента передачи T_z по длине маятника виброзащитного устройства при различных n: 1 - 0,8; 2 - 1,0; 3 - 1,2;

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента передачи T_z от относительной частоты n при различных значениях добротности Q: 1 - 0,16; 2 - 1,5; 3 - 9,0

На рисунках 6 и 7 представлены зависимости этих частот (n_max и n_min) от добротности Q при различных значениях относительного объёма дополнительной камеры N.

Рисунок 6 - Зависимость относительной частоты, соответствующей резонансному пику n_max, от добротности Q при различных значениях относительного объёма дополнительной камеры N: 1 - 1,0; 2 - 2,0; 3- 7,0

Как видно из графика (рисунок 6), при N > 1 зависимость n_max от Q имеет минимумы. Добротность, соответствующую этим минимумам, обозначим Q_min.

Зависимость n_min = f(Q) (рисунок 7) не имеет выраженных минимумов. При N = 1 указанная зависимость носит монотонный характер, т.е. при росте Q относительная частота максимальной виброизоляции постоянно уменьшается, асимптотически приближаясь к некоторому значению (кривая 1). Однако при больших значениях N относительная частота, соответствующая максимальной виброизоляции, при увеличении Q вначале растёт, а затем уменьшаться, так при N = 4 (кривая 2) зависимость имеет максимум при значении добротности Q = 1,3, а при N = 8 (кривая 3) - при Q = 2,1.

Рисунок 7 - Зависимость относительной частоты максимальной виброизоляции n_min от добротности Q при различных значениях N: 1 - 1,0; 2 - 4,0; 3 - 8,0

На рисунке 8 представлена зависимость коэффициента передачи T_{z max} на резонансной частоте от добротности Q при различных значениях N, которая имеет ярко выраженный минимум соответствующий минимуму амплитуды вынужденных колебаний. Добротность, соответствующую этим минимумам, признана оптимальной Q_opt.

Рисунок 8 - Зависимость коэффициента передачи T_{z max} при резонансе от добротности Q при различных значениях N: 1 - 1,0; 2 - 4,0; 3 - 8,0

При значении добротности меньше, чем Q_opt коэффициент передачи на резонансной частоте достаточно резко возрастает, поэтому дальнейшее уменьшение Q, с точки зрения максимальной виброизоляции, нецелесообразно. Добротность, при которой значение резонансной частоты совпадает с такой же частотой при Q = ?, обозначим, как предельную - Q_пр.

На рисунке 9 представлена зависимость коэффициента передачи на частоте максимальной виброизоляции T_{z min} от добротности Q при различных значениях N. Как видно по графикам, с ростом добротности величина коэффициента передачи на частоте максимальной виброизоляции возрастает, что нежелательно. Однако при N = 1 зависимость имеет выраженный максимум. По этой причине рекомендуется уменьшать величину добротности виброзащитной системы, но до значений не меньше оптимальной.

Рисунок 9 - Зависимость коэффициента передачи Tz min при частоте максимальной виброизоляции от добротности Q при различных значениях N: 1 -1; 2 - 4; 3 - 8

Как видно из уравнения (5), величина Q существенно зависит от диаметра d₀ отверстия, соединяющего деформируемую и дополнительную камеры (пропорционально четвёртой степени). Диметр d₀ в выражении для передаточной функции определяет не чисто геометрический размер отверстия (d₀), а его эффективный размер (d_эф), обуславливающий данный расход газа через него. По этой причине при определении диаметра отверстия следует учитывать коэффициент расхода газа (К_эф), то есть d_эф = dК_эф. Значения коэффициента расхода газа определяются по соответствующим справочным таблицам или с помощью экспериментальной продувки соответствующих дросселей.

Величину Q целесообразно выбирать в диапазоне от Q_opt до Q_пр (или Q_min). Так как при значениях Q вне этого диапазона происходит увеличение резонансной частоты и величины резонансного пика, что представляется нежелательным.

Далее представлены результаты оптимизация параметров виброзащитной системы с направляющим механизмом маятникового типа и двухкамерным пневматическим упругим элементом с внутренним дросселированием на примере сиденья оператора.

Оптимизация параметров проводится на примере виброзащитной системы сиденья, в основу которой положена подвеска маятникового типа с пневматическим двухкамерным упругим элементом с внутренним дросселированием. В качестве критерия оптимизации принято среднее квадратическое отклонение выходного сигнала от идеального сигнала. За идеальный сигнал принят уровень виброускорений, установленный ИСО 2631-74, а именно порог снижения комфорта. При этом уровне виброускорений на площадке сиденья не подвергается опасности здоровье водителя, не снижается производительность работы, а также обеспечиваются комфортные условия. В результате проведения экспериментальных исследований на остове под сидением оператора получен энергетический спектр, связанный с вертикальными виброускорениями G_yy (f).

Организм человека не одинаково реагирует на внешнее возмущение в различных областях частотного диапазона: к частотам внешнего возмущения от 4,0 до 8,0 Гц наиболее чувствителен, а к частотам вне этого диапазона менее чувствителен. Поэтому требования к виброзащитной системе при частотах меньше 4,0 Гц и больше 8,0 Гц быть менее строгими, что приведёт к удешевлению конструкции. Требования норм ИСО 2631-74 заданы в треть активных диапазонах частот, поэтому для каждого i-го диапазона частот определяется значение среднего квадрата процесса:

(8)

где f₁ⁱ, f₂ⁱ - границы i-го третьактавного диапазона частот.

Критерий оптимизации К_у формируется следующим образом

(9)

где ш_ZT (f₁ⁱ, f₂ⁱ) - допустимые среднеквадратические значения вертикальных виброускорений для i-го третьактавного диапазона частот,

n - число третьактавных диапазонов частот, используемых в критерии.

По своей сути критерий К_у соответствует дисперсии отклонения реального выходного сигнала от идеального, определяемого требованиями норм ИСО 2631-74. В дальнейшем извлекается корень квадратный из этой величины и определяется среднеквадратическое значение вертикальных виброускорений в третьактавных диапазонах частот. Критерий оптимизации Кath, соответствует среднеквадратическому отклонению реального входного сигнала от идеального:

(10)

Чем меньше его величина, тем больше приближается выходной сигнал к международным нормам ИСО 2631-74 - порогу снижения комфорта.

Делее приведены сведения о разработанных системах с подвеской маятникового типа и пневматическим двухкамерным упругим элементом и результаты испытаний конструкции виброзащитного сиденья оператора и подвески кабины промышленного трактора.

На основе результатов ранее выполненных и настоящих исследований разработаны виброзащитные устройства с подвеской маятникового типа и пневматическим двухкамерным упругим элементом (рисунок 12).

а) б)

Рисунок 12 - Опытные образцы виброзащитного сиденья

На рисунке 13 представлены результаты испытаний (кривые 2 и 3) пневматической подвески сиденья (см. рисунок 1). Анализ результатов испытаний показывает, чт...