Igor Maciejewski, Tomasz Kiczkowiak, Tomasz Krzyżyński                                 7

AN OPTIMISATION OF PNEUMATIC CIRCUIT OF SEAT SUSPENSION

OPTYMALIZACJA UKŁADU PNEUMATYCZNEGO W SYSTEMIE ZAWIESZENIA SIEDZISKA

Igor MACIEJEWSKI, Tomasz KICZKOWIAK, Tomasz KRZYŻYŃSKI

Politechnika Koszalińska, Ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin

igor.maciejewski@tu.koszalin.pl,

tomasz.kiczkowiak@tu.koszalin.pl,

tomasz.krzyzynski@tu.koszalin.pl

ABSTRACT. The paper deals with the multi-criteria optimization of the seat with a visco-elastic passive suspension. Based on the verified simulation model, the modification of the pneumatic circuit in order to improve vi-bro-isolating properties of seat suspension is considered. The root mean square (RMS) acceleration measured at the seat and the conflicted maximum relative displacement of the seat suspension are minimized as the chosen vibro-isolation.

KEY WORDS: modeling, numerical simulation, optimization, system of seat’s suspension.

STRESZCZENIE. W pracy przedstawiono optymalizację wielokryterialną pasywnego zawieszenia lepko-sprężystego siedziska samochodu. Bazując na zweryfikowanym modelu symulacyjnym została rozważona modyfikacja układu pneumatycznego w celu poprawy własności wibroizolacyjnych systemu zawieszenia. Za kryteria oceny własności wibroizolacyjnych przyjęto wartość́ średniokwadratową̨ przyspieszenia drgań́ na siedzisku oraz maksymalne przemieszczenie względne systemu zawieszenia. Kryteria te są̨ przeciwstawne.

SŁOWA KLUCZOWE: modelowanie, symulacja numeryczna, optymalizacja, system zawieszenia siedziska.

SPIS TREŚCI

1. WPROWADZENIE.....................................................................................              3

2. MODEL FIZYCZNY I MATEMATYCZNY   ZMODYFIKOWANEGO UKŁADU ZAWIESZENIA SIEDZISKA.........              3

3. WIELOKRYTERIALNA OPTYMALIZACJA WŁAŚCIWOŚCI WIBROIZOLACYJNYCH UKŁADU ZAWIESZENIA SIEDZISKA.......              5

4. WYNIKI BADAŃ SYMULACYJNYCH...................................................              6

5. PODSUMOWANIE......................................................................................              7

Literatura…..............................................................................................              7

1. WPROWADZENIE

Pneumatyczne układy zawieszeń siedzisk posiadają̨ małą skuteczność́ redukcji drgań w zakresie niskich częstotliwości wymuszeń́, ponieważ̇ przy tych częstotliwościach w układzie występuje zjawisko tłumionego rezonansu [8]. Zastosowanie zbiornika dodatkowego o stałej objętości, połączonego bezpośrednio ze sprężyną pneumatyczną o zmiennej objętości, co zmniejsza jego sztywność i obniża częstotliwość drgań własnych układu [3, 7]. Dławiąc przepływ powietrza za pomocą oporu pneumatycznego można tak dobrać ten opór, aby współczynnik tłumienia układu był największy [8]. Poszukując rozwiązania układu pneumatycznego przyjęto, iż powinno ono równocześnie minimalizować́ amplitudy przyspieszenia drgań x(rysunek 1b) oraz przemieszczenia względnego pomiędzy podłogą kabiny a siedziskiem x-xs (rysunek 1b). Kryteria te są przeciwstawne, co obrazuje rysunek 1.

.

Rys.1. Ilustracja graficzna przeciwstawnych kryteriów wibroizolacji.

Fig. 1. Graphic illustration opposite vibration isolation criteria.

2. MODEL FIZYCZNY I MATEMATYCZNY   ZMODYFIKOWANEGO UKŁADU ZAWIESZENIA SIEDZISKA

Model fizyczny zmodyfikowanego, pasywnego układu zawieszenia siedziska operatora maszyny roboczej przedstawiono na rysunku 2. Układ pneumatyczny zawieszenia siedziska posiada dołączony do sprężyny pneumatycznej nieodkształcalny zbiornik. Dławienie przepływu powietrza pomiędzy sprężyną pneumatyczną a zbiornikiem dodatkowym o objętości Vaddwprowadza do układu dodatkową siłę tłumienia, która jest zależna od masowego natężenie przepływu powietrza m& .

Rys. 2. Model fizyczny zmodyfikowanego układu zawieszenia siedziska

Fig. 2. Modified physical model of the suspension seat.

Opis matematyczny ruchu systemu oraz siły działające na izolowaną masę̨ są̨ analogiczne do przypadku układu konwencjonalnego zawieszenia siedziska, który został przedstawiony w poprzedniej pracy [9]. Inny jest natomiast opis chwilowych zmian ciśnienia pasw zmiennej objętości Vas sprężyny pneumatycznej, uwzgledniający dławienie masowego natężenia przepływu [2]:

                        Pas=κVasRmT-pasVas-κ-1KAasαasTas-Tw

gdzie: κ jest wykładnikiem adiabaty, R jest indywidualną stałą gazową, mT jest iloczynem masowego natężenia przepływu powietrza przez dławik i jego aktualnej temperatury, Aas jest powierzchnią zewnętrzną sprężyny pneumatycznej, αas jest współczynnikiem przenikania ciepła przez ściankę sprężyny pneumatycznej, Tas jest temperaturą powietrza w sprężynie pneumatycznej, Tw jest temperaturą ścianki sprężyny pneumatycznej i została przyjęta jako temperatura otoczenia.

Wartość́ chwilowych zmian ciśnienia padd w nieodkształcalnym zbiorniku dodatkowym o stałej objętości Vadd wynosi [2]:

        Padd=κVadd-RmT-κ-1κAaddαadd(Tadd-Tw)

gdzie: Add jest powierzchnią zewnętrzną zbiornika dodatkowego, αadd jest współczynnikiem przenikania ciepła przez ściankę̨ zbiornika dodatkowego, Tadd jest temperaturą powietrza w zbiorniku dodatkowym, Tw jest temperaturą ścianki zbiornika dodatkowego i również̇ została przyjęta jako temperatura otoczenia.

Do opisu masowego natężenia przepływu gazu przez dławik wykorzystano zależność́ podaną przez St.-Venant Wanzel’a [6]. Iloczyn masowego natężenia przepływu i temperatury powietrza w przypadku przepływu ze sprężyny pneumatycznej do zbiornika...