探究某型工程機械司機座椅減振性能試驗

孟凡樂

【摘? 要】根據GB/T 8419—2007/ISO 7096：2000的相關要求，針對某型工程機械司機座椅減振性能開展試驗探究。測試結果表明：該座椅在EM3輸入譜的振動測試條件下，其SEAT因子在相關標準限定值內，減振性能較為優良。減振器阻尼共振傳遞率測試結果表明，共振傳遞率稍大于標準限定值，但避開了人體垂直振動的振頻敏感區，且在高頻段座椅減振效果優良，低頻段還有待加強，因此，在后續座椅設計中應重點考慮座椅的低頻減振性能。

【關鍵詞】工程機械;司機座椅;減震性能;試驗

工程機械座椅的減振性能關系到工程機械駕駛人員的舒適性，工程機械在作業過程中，大多數環境較為惡劣，因發動機振動以及路面因素容易造成劇烈振動，長此以往，不僅影駕駛員舒適性，還容易產生身體損害。因此，本文針對某輪式裝載機司機座椅的減振性能進行試驗研究，探究其座椅減振性能以及振動頻率相應特性，考察座椅舒適性，為座椅的結構設計提供參考。

一、工程機械司機座椅結構分析

本文所述某工程機械司機座椅的結構組成包括頭枕、靠背、扶手、坐墊、、懸架減振系統以及承重調節系統等。其中座椅靠背和坐墊部位設置有海綿減振軟墊，在常規工況下，能夠有效減少機械振動帶給駕駛者身體上的壓力。懸架減振系統由內部組件空氣彈簧和高度控制組件構成，高度控制組件通過彈性限位裝置可以避免惡劣工況下座椅彈簧壓力超出其承受范圍，在減振裝置上方斜置阻尼器，可以適應機械在不同工況下的壓力需求，具備較強的非線性剛度特征，相較傳統的減振彈簧具備更加良好的性能。重量調節系統是基于駕駛員的實際體重，可以適應50～150kg的重量。工程機械在作業環境下，機械座椅作為保護駕駛員身體的重要裝置，是避免駕駛員在惡劣工況下受到長期座椅振動而損害身體健康的重要載體。同時防振系數良好的機械座椅也能夠提高駕駛員乘坐舒適性。

二、工程機械座椅減振性能的試驗室評價分析

本試驗采用的測試平臺為美國MTS振動試驗臺，工程機械司機座椅減振性能試驗參考GB/T8419—2007的相關要求，對不同駕駛員體重下工程機械座椅減振性能展開研究。試驗測試平臺采用TVC算法，對座椅的振動的輸入時域信號進行有效復現。試驗所用振動測試平臺選用ICP加速傳感器對座椅垂直振動進行測試，測試范圍區間為100～150㎏，座椅坐墊部位的振動測試采用三向加速傳感器，測試范圍區間在10～20㎏之間。試驗過程中，針對座椅振動信號的采集選用便攜式數據采集設備，通過對座椅的振動輸入數據采集，來處理振動信號濾波、毛刺以及進行信號修正等。本試驗研究中，采用功率譜密度振動控制設備和相關操作軟件，復現基于國際標準ISO 7097定義的振動輸入功率譜密度：EM1～EM9。

本文試驗研究對象為某廠生產的輪式裝載機司機座椅，對其減振性能試驗評價內容主要包括隨機振動測試和阻尼特性測試。該輪式裝載機的額定載重為5500㎏，基于GB/T8419—2007標準在進行隨機振動測試時選擇輸入功率譜密度為EM3輸入類型。試驗過程中，利用加速度傳感器生成座椅垂直振動的試驗時域信號，然后根據生成的振動時域信號，通過測試振動平臺獲取座椅垂直振動在振動臺上的驅動信號，該驅動信號對比時域信號的有效值產值比率應確保小于5%。

在開展隨機振動試驗前，需要在振動測試平臺設置座椅循環振動次數，根據其懸掛行程的75%設置5000次振動循環，保證每1000次振動循環進行一次數據記錄，記錄座椅垂直振動傳導數值，在此過程中，需要控制垂直振動傳導誤差保持在5%之內，直至跑合完畢。振動測試平臺設置完畢后，開展座椅的隨機振動測試，將輪式裝載機司機座椅的減震器裝置調節至合理位置，靠背調節垂直位置后傾10°±5°的位置。本試驗不同體重的駕駛員采用假人配比沙袋的方式完成模擬，分別設置不同體重的假人駕駛員，體重輕者為55㎏，體重重者為110㎏，試驗過程中因室內溫度較高，為避免座椅減振裝置過熱，同時模擬室外真實工況溫度，采用風扇送風降溫。

本試驗研究中，針對工程機械司機座椅的隨機振動測試中，關于加速度的權重系數參考GB/T8419—2007標準選取WK加權。試驗測試結果采用SEAT因子開展分析評價。計算公式為：

本公式中：SEAT——SEAT因子在GB/T8419—2007標準中，規定EM3功率輸入譜對應的SEAT為小于1.0; —在GB/T13441.1—2007標準中，對座椅在坐墊上方垂直方向的加速度進行WK加權，計算出有效值，m/s2; —在GB/T13441.1—2007標準中，振動測試平臺上方垂直加速度進行WK加權，計算有效值m/s2。

本試驗研究中，針對工程機械司機座椅的減振裝置阻尼特性測試過程中，分別采用55㎏和110㎏兩類體重不同的假人進行測試，測試過程中需要固定好假人，避免因座椅振動出現假人掉落的情況。進行阻尼特性測試前，需要對座椅進行線性掃頻，以便于找到共振頻率，掃頻需要從低頻逐漸向高頻拓展（0.5～2倍），掃頻振幅保持在座椅減振裝置行程的40%。掃頻間隔控制在0.05Hz內。座椅的減振裝置阻尼特性測試采用共振傳遞率開展分析評價，共振傳遞率計算公式為：

主要反映座椅傳遞至人體的振動強度，其數值小則表明座椅的振動衰減性良好。SEAT因子反映的主要是座椅振動傳遞至人體的能量，其數值越小則表明座椅的減振性能越優良。經過本試驗證明，工程機械司機座椅的乘坐舒適性與振動頻率密切相關，與振動加速度也具有較大關聯。根據試驗可知，頻率分布能夠反應不同頻點的振動分布情況，而人體垂直方向的振動頻率敏感振頻區間為4～12.5Hz，所以在試驗中需要避開此區間的振頻，避免駕駛員身體受共振影響造成損害。

三、試驗結果和結論

本文通過對某輪式工程裝載機司機座椅的減振性能開展測試評價，根據GB/T 8419—2007的相關標準，可以有效了解工程機械司機座椅的減振性能以及對駕駛員舒適性影響的動態參數，以便于了解此類座椅的振動對人體振動的影響。本文試驗研究的主要結論如下：本試驗測試的某輪式裝載機司機座椅隨機振動測試在SEAT因子的測試結果上小于1，符合國際相關標準的要求，證明本次研究的座椅在實際工況下振動情況較之在測試平臺要小，駕駛員乘坐舒適性較高。此外，測得該座椅在質量分別為55㎏、110㎏兩種不同體重的假人作用下的阻尼特性，測試結果顯示該座椅的共振傳遞率系數為1.61，大于標準要求，證明該座椅振動阻尼器的阻尼值略小。因此，在后續座椅設計中，設計人員應在座椅的減振設計方面，合理避開激振最大振頻，注重低頻段振動對人體的影響。

參考文獻：

[1]魏俊偉.輪式裝載機座椅減振性能試驗研究[J].工程機械，2018，49（10）：6-7+20-26.

[2]連平，許洪，欒軍英.某型車輛改進后駕駛員座椅減振性能測試[J].測試技術學報，2015，16（z1）：154-156.

[3]趙旖旎，張志爍，郝曉彤，程萌.某型工程機械司機座椅減振性能試驗研究[J].工程機械，2019，50（11）：29-35+7.

（作者單位：江蘇徐工工程機械研究院有限公司）