Optimalizace vlastností strojů v interakci s pracovními procesy a člověkemVýzkum účinků vibrací na lidský organismusv obecném směruIng. Jiří Blekta, Ph.D.,doc. Ing. Josef Mevald, CSc.,Ing. Aleš Lufinka, Ph.D.Cílem této dílčí úlohy bylo vytvořit zařízení, schopné realizovat buzení lidského organismuv obecném směru a následně doporučit návrhy na realizaci optimálních pružících soustav.Stavba unikátního zařízení, kteréje schopné generovat pohyb v obecnémsměru, byla dokončena v roce2008. Plošina zařízení pro umístěnízkušebních objektů má šest stupňů volnosti,prostorově pohybuje s předmětydo hmotnosti 250 kg s tím, že v jednomsměru dokáže vyvinout rychlostvětší než 1 m.s -1 . Hydrodynamické válcepracují s maximálním zdvihem ±70 mma sílou až 25kN. Pro buzení je možnévyužít buď kombinaci harmonickýchsignálů různých průběhů a nebo signálnaměřený v reálném prostředí, např.na podlaze kabiny pracovního stroje,který může být následně v laboratorníchpodmínkách reprodukován. Tatomožnost představuje pro výpočtářevelmi důležitou zpětnou vazbu, kteráspočívá v okamžité možnosti ověřenísprávného naladění sedadla.Na zařízení byla uskutečněna celá řadazkoušek. Jednou z nich bylo např. laděníparametrů dynamického absorbérukmitů, který byl speciálně vyvinut proinstalaci na sedadlo operátora důlníhostroje Schrs 1320, (SHD Tušimice).Měření probíhalo s pasivní i aktivnízátěží a budící signál odpovídal svýmspektrem nejčastěji se vyskytujícímusignálu, který se na podlaze důlníhostroje vyskytuje. Pomocí výsledků testováníbylo možné rychle a efektivněstanovit optimální parametry naladěnídynamického absorbéru.Pro zkoušení prostorového zatíženílidského těla byly vyvinuty speciálníkombinované snímače síly a zrychlení.Ty umožňují v daném bodě měřitenergetický přenos vibračních účinkůdo těla člověka. Tento způsob ověřovánívibroizolačních vlastností sedadel je velmijednoduchý a zdá se být kvalitativněrovnocenný s dražšími a náročnějšímipostupy. Metodika má silný potenciálpro komerční uplatnění.obr. 2 Umístění sedadla na plošině zkušebního zařízení.obr. 1 Zkušební zařízení pro výzkum účinků vibrací na lidský organismus v obecném směru.obr. 3 Model sedadla s dynamickým absorbéremv prostředí MSC.ADAMS.38Výzkum účinků vibrací na lidský organismus v obecném směru
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCIwww.tul.czVýzkum aktivního řízení odpružení sedačkyřidiče a platformy sanitního lehátkaprof. RNDr. Jan Šklíba, CSc., doc. Ing. Bedřich Janeček, CSc.,Ing. Michal Sivčák, Ph.D., Ing. Radek Votrubec, Ph.D.V Hydrodynamické laboratoři Fakultystrojní bylo v rámci výzkumného záměru vyvíjenoa testováno aktivní řízení odpruženísedačky řidiče s pneumatickou pružinou(obr. 1). Řídicí systém byl miniaturizována byl vestavěn do konstrukce sedačky.Sedačka je vyvíjena pro nákladní automobily,autobusy, zemědělské a stavebnístroje. Funkční vzor aktivně řízené sedačkyřidiče byl zabudován do nákladního automobiluTatra a byl testován na silnicícha testovacích drahách společnosti TatraKopřivnice (obr. 2) a o výsledky výzkumuprojevuje zájem výrobce automobilovýchsedaček firma C.I.E.B. Kahovec.Zkušenosti, získané ze zkoušek bylyvyužity ke konstrukčním úpravám sedačkya při tvorbě efektivnějších algoritmů řízenísedačky. Aktivní řízení odpružení sedačkyřidiče na nákladních vozech, stavebnícha zemědělských strojích přinese zlepšeníjízdního komfortu řidiče, snížení fyzickéhozatížení řidičů a spolujezdců a tím zvýšíbezpečnost dopravy. Hlavně se ale omezívznik nemocí z povolání od nepříznivéhonamáhání páteře vibracemi během jízdy.Druhou vibroizolační soustavou, u kterébylo vyvíjeno aktivní řízení odpružení jeprototyp platformy sanitního lehátka. Připřepravě pacienta jsou vibrace přenášenéod vozovky na jeho tělo velmi škodlivé,nejen že přinášejí další bolesti poraněnýchorgánů, ale mohou nepříjemně působiti na opatření související s poskytnutouprvní pomocí.Platforma je složená ze tří rámůuložených na pneumatických pružinách.Spodní rám tvoří paralelogram zajišťujícípohyb ve vertikální ose. Horní dva rámyjsou otočné a umožňují naklápění ve dvouhorizontálních osách. Pohyb jednotlivýchrámů je ovládán na základě změny tlakuv pneumatických pružinách. Řídicí systémse skládá z regulačního obvodu polohyparalelogramu, jehož regulátor určujetlak pro spodní pružiny, který pak určujesoučty tlaků v jednotlivých dvojicíchpružin horních otočných rámů, čímž jedosaženo momentové rovnováhy v jejichuložení. Natočení rámů je dáno poměremtlaků protilehlých pružin. Každá pružinaje ovládána elektropneumatickým ventilema má vlastní čidlo tlaku. Na lehátkujsou dále použita tři čidla polohy a tři čidlazrychlení pro jednotlivé rámy. Všechnačidla a akční členy jsou připojeny na měřicíkarty v PC. Řídicí aplikace je naprogramovánav prostředí LabVIEW. Základníúlohou řízení je inicializace do základníhorizontální polohy. Platforma byla testovánave čtyřech režimech. V prvním režimuřízení na konstantní žádanou hodnotutlaku v pružinách, v druhém režimu řízenís konstantní žádanou hodnotou střednípolohy paralelogramu vůči podstavělehátka a ve třetím režimu řízení na konstantníabsolutní polohu horního rámuvůči okolí. Čtvrtý režim je kombinací dvoupředchozích, tj. řízení na dodržení absolutnípolohy horního rámu s pomalouzměnou této žádané hodnoty směremke střední hodnotě polohy paralelogramu.Měření se provádí na elektrohydraulickémpulzátoru (obr. 3). Spodní rám platformylehátka je pomocí křížové konstrukcepřipevněn na tři hydraulické válce, kteréumožní libovolné buzení. Pro sledováníchování lehátka a nastavování řídicíchobvodů bylo použito budicích harmonickýchsignálů s proměnnou frekvencí od 0.1do 4Hz, a to jednak při buzení vertikálním,tj. všechny tři válce se pohybují současněsynchronně a jednak při kývání v podélnémi příčném směru. Dále bylo testovánochování lehátka při přejetí překážkya s buzením odvozeném od reálného signálunaměřeného za jízdy automobilu. V rámciměření byla provedena též frekvenčníanalýza signálů pro různá zatížení do 120kg.Na otočných rámech jsou použity řízenémagnetoreologické tlumiče (obr. 4).Aktivním řízením platformy lehátka sepodařilo výrazně omezit amplitudu vertikálníchkmitů i natočení horního rámua zvýšit tak komfort přepravovaného pacienta.Použitím magnetoreologickýchtlumičů bylo dosaženo výrazného utlumenípohybu horních otočných rámů.obr. 1 Zkoušky v laboratoři.obr. 2 Zkoušky na voze Tatra.obr. 3 Měření platformy lehátkana elektrohydraulickém pulzátoru.obr. 4 Magnetoreologický tlumič na platforměsanitního lehátka.Výzkum aktivního řízení odpružení sedačky řidiče a platformy sanitního lehátka39