Methodology of the Study of the Shock Absorption System of the Operator’s Seat of a Mobile Power Unit Based on a Simulation Model

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Improving the working conditions of the operator of a mobile power unit by reducing vibration impact while improving the design and characteristics of elastic-damping properties is a relevant task that can be solved at the present stage by using automated modeling systems to develop simulation models with a sufficient level of detail.

AIM: Definition of research methodology for improving the shock absorption system of the operator’s seat of a mobile power unit based on a simulation model.

METHODS: Computer simulation modeling and experimental studies with the registration of dynamically changing signals, methods of experimental data smoothing based on optimization and evaluation of results using dispersion analysis are used in the study. The resulting system simulation model of a seat with a series-produced suspension is validated based on the manufacturer’s experimental data for subsystems. Experimental studies are conducted to debug the definition and preliminary processing of the model’s input data for conducting a model experiment, which allows creating test scenarios.

RESULTS: The developed simulation model, when conducting a numerical experiment based on experimentally obtained scenarios of operation, showed good quality of prediction of the processes under study. This made it possible to formulate a methodology for conducting research based on the methods considered.

CONCLUSION: The proposed method makes it possible to reduce the time of research and material costs for the development and evaluation of new design solutions, including in the field of active and semi-active elastic-damping elements. Using a system model allows studying the mechanism and evaluating the operation of individual elements and subsystems. In addition, the numerical and full-scale experiments showed that the series-produced suspension of the operator’s chair of a mobile power unit does not always cope with the task of smoothing out shocks in vibration, which suggests the need for further development of the design. One of the possible areas of further research is the creation of a model of a subsystem of an active or semi-active elastic damping device and comparative tests to evaluate and optimize design solutions.

About the authors

Arkady V. Khimchenko

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Author for correspondence.
Email: himch.arkady@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9340-4252
SPIN-code: 4568-1757

Cand. Sci. (Engineering), assistant professor, Assistant professor of the Agricultural Machines, Tractors and Automobiles Department

Russian Federation, Voronezh

Oleg I. Polivaev

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: Polivaevoi@icloud.com
ORCID iD: 0000-0002-3610-6339
SPIN-code: 1423-0193

Dr. Sci. (Engineering), professor, Professor of the Agricultural Machines, Tractors and Automobiles Department

Russian Federation, Voronezh

Dmitry B. Bolotov

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: BDB1998@ya.ru
ORCID iD: 0000-0002-3925-1419
SPIN-code: 6368-0059

Assistant lecturer of the Agricultural Machines, Tractors and Automobiles Department

Russian Federation, Voronezh

Alexey N. Kuznetsov

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: kuz-basss@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-9065-2971
SPIN-code: 1035-3981

Cand. Sci. (Engineering), assistant professor, Assistant professor of the Agricultural Machines, Tractors and Automobiles Department

Russian Federation, Voronezh

Alexey V. Loshenko

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: Loshenko.av@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-7616-4198
SPIN-code: 7983-1059

Cand. Sci. (Engineering), assistant professor, Assistant professor of the Agricultural Machines, Tractors and Automobiles Department

Russian Federation, Voronezh

References

  1. Godjaev ZA, Lyashenko MV, Shekhovtsev VV, et al. Vibration loading of the operator’s workplace and vibration-protective properties of seat suspensions. Izvestiya MGTU MAMI. 2021;15(1):2–11. doi: 10.31992/2074-0530-2021-47-1-2-11 (In Russ.) EDN: TXILGU
  2. Zelenko NG, Malayan KR, Rusak ON. Life Safety: textbook for universities. Saint Petersburg: Lan; 2012.
  3. Ustinov YuF, Kalinin YuI, Ulyanov AV, et al. Improving vibroacoustic parameters of transport and technological machines. High technologies in the construction complex. 2021(1):172–176. (In Russ.) EDN: IBFSRY
  4. Voloshin YuV. Application of suspension systems in foreign tractors. Tractors and agricultural machinery. 2000;(2):36–37.
  5. Loshchenko AV. Improving the seat suspension of an agricultural wheeled tractor [dissertation] Voronezh; 2022. (In Russ.) EDN: UZEBYE
  6. Abraham MT, Satyam N, Pradhan B, Tian H. Debris flow simulation 2D (DFS 2D): Numerical modelling of debris flows and calibration of friction parameters. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2022;14(6):1747–1760. doi: 10.1016/j.jrmge.2022.01.004
  7. Guan J, Liu J, Duan X, et al. Effect of the novel continuous variable compression ratio (CVCR) configuration coupled with spark assisted induced ignition (SAII) combustion mode on the performance behavior of the spark ignition engine. Applied Thermal Engineering. 2021;197:117410. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2021.117410
  8. Kass RE, Dennis JE, Schnabel RB. Numerical Methods for Unconstrained Optimization and Nonlinear Equations. Journal of the American Statistical Association. 1985;80(389):247. doi: 10.2307/2288097
  9. Ljung L. Modeling of dynamic systems. New Jersey: PTR Prentice Hall; 1994. doi: 10.1016/0967-0661(95)90022-5
  10. Sjöberg J, Zhang Q, Ljung L, et al. Nonlinear black-box modeling in system identification: a unified overview. Automatica. 1995;31(12):1691–1724. doi: 10.1016/0005-1098(95)00120-8
  11. Polivaev OI, Afonichev DN, Pilyaev SN, et al. Simulation model of vertical oscillations of the tractor operator’s seat in the SiminTech software package. Bulletin of the Voronezh State Agrarian University. 2020;13(4):79–87. doi: 10.17238/issn2071-2243.2020.4.79 (In Russ.) EDN: LFGMBR
  12. Certificate of state registration of computer program RUS No. 2024619829 / 27.04.2024. Khimchenko AV, Bolotov DB, Polivaev OI. Simulation model for testing the shock absorber of the suspension of the vehicle operator’s seat. (In Russ.) EDN: VMRVYA
  13. Certificate of state registration of computer program RUS No. 2024681543 / 11.09.2024. Khimchenko AV, Bolotov DB, Polivaev OI. Program for optimizing the elastic-damping properties of a tractor operator’s seat. (In Russ.) EDN: AMGHAX

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Simulation model of the operator’s seat of the Belarus 1221 tractor: а, general model of the system; b, subsystem of the hydraulic model of the seat’s shock absorber; 1, solver configurator; 2, reference frame; 3, mechanism configurator; 4, cabin dynamics; 5, right rear lever; 6, right front lever; 7, shock absorber; 8, left front lever; 9, left rear lever; 10, operator’s seat; 11, properties of isothermic fluid; 12, piston; 13, extension valve; 14, compression valve; 15, bypass hole; 16, piston; 17, gas stop; 18, gas properties; 19, gas cavity.

Download (337KB)
3. Fig. 2. A model subsystem that defines the dynamics of a tractor cabin: 1, test scenario; 2, rear wheel; 3, floor; 4, front wheel; 5, contact with the floor; 6, additional seat vibration; 7, measurement of seat kinematics; 8, measurement of floor kinematics.

Download (138KB)
4. Fig. 3. The AT-1 strain gauge accelerometer: 1, beam; 2, load; 3, housing; 4, strain gauge; 5, gasket; 6, connector.

Download (135KB)
5. Fig. 4. Installation diagram of vibration acceleration sensors installation on a tractor.

Download (114KB)
6. Fig. 5. Moving of the rear wheel of a tractor when driving over a single unevenness.

Download (107KB)
7. Fig. 6. Parameters defining the test scenario when driving over a single unevenness in a numerical experiment.

Download (135KB)
8. Fig. 7. Motion acceleration and velocity of the seat and cabin floor.

Download (123KB)
9. Fig. 8. Change in liquid and gas pressure in the shock absorber.

Download (122KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».