曹曉慧　徐麗明　馬帥　牛叢　王爍爍　袁訓騰

摘要：為改善農(nóng)業(yè)機械的操作舒適性、作業(yè)質(zhì)量和使用壽命，根據(jù)國內(nèi)外對減振技術(shù)的研究和應用情況，歸納總結(jié)基于多種原理的減振技術(shù)的結(jié)構(gòu)、特點、原理和應用效果，為農(nóng)業(yè)機械減振技術(shù)的發(fā)展和應用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機械;減振技術(shù);原理;穩(wěn)定性;作業(yè)質(zhì)量

中圖分類號：S129;TB535? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2020）04-0031-03

振動是指物體的全部或一部分沿直線或曲線往返顫動，有一定的時間規(guī)律和周期。農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)環(huán)境復雜，在溝坎、畦埂等作業(yè)時會產(chǎn)生振動，影響作業(yè)質(zhì)量和農(nóng)作物生長。例如，玉米定向播種機的振動影響玉米種子的定向率和播深;高地隙噴霧機重心較高，車身和噴桿的劇烈振動影響噴藥精準性，造成環(huán)境污染和農(nóng)藥浪費。減振技術(shù)可有效緩解機具外部或內(nèi)部沖擊，改善作業(yè)性能，延長機具使用壽命。根據(jù)減振技術(shù)的國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀，歸納各種減振技術(shù)的特點和減振原理，為農(nóng)業(yè)機械減振技術(shù)的發(fā)展和應用提供理論參考。

1 國外減振技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀

國外對減振系統(tǒng)的研究起步早，技術(shù)成熟，設(shè)備先進。橡膠減振器作為減振常用元件，在日本、德國、英國使用廣泛且技術(shù)先進，航海船舶、電子設(shè)備、機械設(shè)備等都有應用。美國JPL實驗室采用Stewart隔振平臺的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計應用于航天器上的JPL柔性隔振平臺，利用音圈電機和彈簧并聯(lián)作為系統(tǒng)的減振支腿，并在上、下平臺分別安裝加速度傳感器，以便判斷振動的隔離衰減情況。

Kavlicoglu等發(fā)明一種基于磁流變彈性體的底座。磁流變彈性體是一種通過改變施加磁場來改變剛度的材料，為系統(tǒng)提供寬泛的可控壓縮靜態(tài)剛度范圍，起隔離外部沖擊和振動的作用。

在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，自走式微耕機適合很多小農(nóng)戶使用，但其作業(yè)時使用戶的手部振動，不僅操作不便，而且影響手部健康。Sam B在把手和手柄之間設(shè)計一種新型隔離器，如圖1所示，用絕緣系統(tǒng)減少傳遞到手部的振動，提高操作員的人身安全，延長機具的使用壽命。

2 我國減振技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀

國內(nèi)減振技術(shù)較國外起步晚且與國外有一定差距，目前所應用的隔振、吸振、阻振技術(shù)大多是借鑒國外研究成果或在此基礎(chǔ)上的改進。

2.1 基于減振輪的農(nóng)機施肥裝置

大部分農(nóng)業(yè)施肥機械作業(yè)時振動較大，在崎嶇不平的田地里施肥會造成肥料撒落不均。江西師范大學設(shè)計一種安裝減振輪的農(nóng)業(yè)機械施肥裝置，在肥箱前后均通過支撐架安裝減振輪，如圖2所示，減振輪有充氣內(nèi)胎和外胎，充氣內(nèi)胎設(shè)計氣門芯，在輪圈周圍均勻分布減振彈簧，設(shè)計科學合理，有效的減弱農(nóng)業(yè)施肥機械的振動。

2.2 基于并聯(lián)機構(gòu)的多自由度減振

陳修祥等將并聯(lián)機構(gòu)應用到減振結(jié)構(gòu)中，設(shè)計一種二平移二轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構(gòu)四自由度減振裝置。在下平臺的每條支路移動副滑塊處安裝彈簧阻尼浮動支撐系統(tǒng)，其中彈性元件構(gòu)成彈性浮動支撐，對臨界頻率以上的振動起衰減作用，阻尼部分用于消耗系統(tǒng)振動的能量。減振平臺實現(xiàn)沿特定方向的移動和轉(zhuǎn)動并輔以彈簧阻尼系統(tǒng)，從而實現(xiàn)減振功能。

石奇瑞根據(jù)單開鏈和混合單開鏈的不同組合設(shè)計多種形式的六自由度并聯(lián)機。在并聯(lián)機構(gòu)的靜平臺上施加激勵，運動和負載正向傳遞給動平臺，原動件上的彈簧及阻尼系統(tǒng)吸收能量并進行動力自適應平衡，減小動平臺的運動幅度，從而改變系統(tǒng)的固有頻率。

根據(jù)車載發(fā)動機組的振動分析結(jié)果和機組力學模型，李德勝設(shè)計一種車載發(fā)動機組并聯(lián)多維減振方案。該方案采用六自由度減振系統(tǒng)作為機組的隔振裝置，并對多維減振系統(tǒng)進行虛擬樣機設(shè)計和性能仿真，在發(fā)動機組四個支撐處利用加速度振級落差評價其減振性能。

2.3 基于機械減振彈簧和液壓減振器的減振系統(tǒng)

王亞丁針對履帶式聯(lián)合收獲機在田間的作業(yè)環(huán)境，設(shè)計一種剪刀式減振座椅懸架結(jié)構(gòu)，如圖3所示。聯(lián)合收獲機正常作業(yè)時，由拉伸彈簧和液壓減振器組成的減振裝置發(fā)揮作用，通過彈簧的拉伸和壓縮來儲存振動的能量，通過減振器活塞的往復運動吸收振動和緩和沖擊，剪刀型支撐桿繞中間轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，達到減振效果。

2.4 基于橡膠減振支座的減振降噪系統(tǒng)

Marioni等提出采用柔性支撐結(jié)構(gòu)即質(zhì)量彈簧系統(tǒng)作為高速鐵路橋梁的支撐系統(tǒng)，利用橡膠減振支座承受橋梁上部結(jié)構(gòu)的所有豎向載荷，通過嚴格設(shè)計支座豎向剛度，保證橋梁上部結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率在特定范圍，避免與橋梁上部車輛產(chǎn)生共振，從而減振降噪。

2.5 基于隔振平臺的汽車減振系統(tǒng)

韓麗針對車輛在凹凸不平路面的工作環(huán)境，在車輛和精密儀器之間加入六自由度并聯(lián)隔振平臺，如圖4所示。該隔振利用低頻振動效果更好的空氣彈簧支撐平臺的四個邊角，連接上平臺和下支座的8只斜置阻尼器，在上下平臺間四角處橫置4根鋼絲繩彈簧，在各部分結(jié)構(gòu)的綜合作用下衰減平臺側(cè)向振動。建立模型后利用多學科優(yōu)化軟件ISIGHT集成多體動力學軟件ADAMS和控制算法對阻尼器支撐點、剛度和阻尼參數(shù)進行仿真優(yōu)化，達到最優(yōu)減振效果。

2.6 基于磁流變彈性體的坦克減振系統(tǒng)

陳澤強對坦克車輛發(fā)動機設(shè)計一種基于磁流變彈性體新型智能材料的減振器，磁流變彈性體通過改變材料剛度來達到系統(tǒng)減振目的。減振器采用線圈加磁的方法，由外加電流控制彈性體的剛度。由于坦克發(fā)動機質(zhì)量較大，故由4個減振器支撐整個發(fā)動機組成懸置系統(tǒng)。

為滿足坦克駕駛員的舒適性要求，中南大學孫啟超提出一種帶有磁流變阻尼器的叉形座椅，減輕炮彈發(fā)射引起的強烈振感對人體造成傷害。如圖5所示，這種座椅充分利用磁流變阻尼器變剛度的特點，通過一種模糊控制算法進行控制，并進行仿真模擬試驗。試驗證明該裝置可有效地衰減坦克座椅的振動。

2.7 基于摩擦阻尼器的減振系統(tǒng)

陳雨等根據(jù)高地隙行走式農(nóng)業(yè)機械的特殊作業(yè)要求，設(shè)計一種包含尼龍摩擦阻尼裝置的獨立式立軸空氣懸架系統(tǒng)。利用液壓油缸的伸縮實現(xiàn)車輪的轉(zhuǎn)向，在懸架結(jié)構(gòu)上增加阻尼器，提高了機器的減振效果。

2.8 基于隔、吸振雙功能的減振系統(tǒng)

熊志遠等基于隔振、吸振原理設(shè)計一種具有隔、吸振雙功能的減振裝置，如圖6所示。臺座上部用于安裝振動機械，隔振元件安裝在下部。在隔振臺座內(nèi)部留有空腔，將支撐桿安置在空腔底面的中間位置，橡膠動力吸振器穿過支撐桿，經(jīng)鎖緊螺母安裝在空腔內(nèi)，蓋上厚鋼板，擰緊沉頭螺釘。

2.9 基于汽車懸架系統(tǒng)的減振控制

汽車在駕駛過程中的舒適性和平穩(wěn)性對人的身心健康有重要影響。為使汽車適應不同路面的振動強度，中國海洋大學耿曉慧研究不同路面粗糙度的影響，建立路面粗糙度對懸掛系統(tǒng)影響的數(shù)學模型，設(shè)計汽車主動懸掛系統(tǒng)的前饋-反饋最優(yōu)減振控制律，實現(xiàn)路面粗糙度作用下汽車懸掛系統(tǒng)的最優(yōu)減振控制。

3 結(jié)語

減振技術(shù)是提高儀器設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)，能解決各領(lǐng)域機械設(shè)備的振動所帶來的不利影響。就農(nóng)業(yè)裝備而言，隨著農(nóng)業(yè)機械化及自動化的快速發(fā)展，農(nóng)戶在追求農(nóng)業(yè)機具的機械化和簡便化的同時，對農(nóng)業(yè)機具的操作舒適性要求也在不斷提高。因此，各種農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的減振措施需要不斷地完善，朝操作舒適性和作業(yè)精密性方向發(fā)展。

參考文獻

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