減振技術研究與應用

曹曉慧　徐麗明　馬帥　牛叢　王爍爍　袁訓騰

摘要：為改善農業機械的操作舒適性、作業質量和使用壽命，根據國內外對減振技術的研究和應用情況，歸納總結基于多種原理的減振技術的結構、特點、原理和應用效果，為農業機械減振技術的發展和應用提供理論參考。

關鍵詞：農業機械;減振技術;原理;穩定性;作業質量

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，有一定的時間規律和周期。農業機械的作業環境復雜，在溝坎、畦埂等作業時會產生振動，影響作業質量和農作物生長。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，造成環境污染和農藥浪費。減振技術可有效緩解機具外部或內部沖擊，改善作業性能，延長機具使用壽命。根據減振技術的國內外研究和發展現狀，歸納各種減振技術的特點和減振原理，為農業機械減振技術的發展和應用提供理論參考。

1 國外減振技術的研發現狀

國外對減振系統的研究起步早，技術成熟，設備先進。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先進，航海船舶、電子設備、機械設備等都有應用。美國JPL實驗室采用Stewart隔振平臺的結構模型設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作為系統的減振支腿，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，為系統提供寬泛的可控壓縮靜態剛度范圍，起隔離外部沖擊和振動的作用。

在農業機械領域，自走式微耕機適合很多小農戶使用，但其作業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計一種新型隔離器，如圖1所示，用絕緣系統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 我國減振技術的研發現狀

國內減振技術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、阻振技術大多是借鑒國外研究成果或在此基礎上的改進。

2.1 基于減振輪的農機施肥裝置

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

2.2 基于并聯機構的多自由度減振

陳修祥等將并聯機構應用到減振結構中，設計一種二平移二轉動并聯機構四自由度減振裝置。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，其中彈性元件構成彈性浮動支撐，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振動的能量。減振平臺實現沿特定方向的移動和轉動并輔以彈簧阻尼系統，從而實現減振功能。

石奇瑞根據單開鏈和混合單開鏈的不同組合設計多種形式的六自由度并聯機。在并聯機構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，從而改變系統的固有頻率。

根據車載發動機組的振動分析結果和機組力學模型，李德勝設計一種車載發動機組并聯多維減振方案。該方案采用六自由度減振系統作為機組的隔振裝置，并對多維減振系統進行虛擬樣機設計和性能仿真，在發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

王亞丁針對履帶式聯合收獲機在田間的作業環境，設計一種剪刀式減振座椅懸架結構，如圖3所示。聯合收獲機正常作業時，由拉伸彈簧和液壓減振器組成的減振裝置發揮作用，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軸轉動，達到減振效果。

2.4 基于橡膠減振支座的減振降噪系統

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

2.5 基于隔振平臺的汽車減振系統

韓麗針對車輛在凹凸不平路面的工作環境，在車輛和精密儀器之間加入六自由度并聯隔振平臺，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，在各部分結構的綜合作用下衰減平臺側向振動。建立模型后利用多學科優化軟件ISIGHT集成多體動力學軟件ADAMS和控制算法對阻尼器支撐點、剛度和阻尼參數進行仿真優化，達到最優減振效果。

2.6 基于磁流變彈性體的坦克減振系統

陳澤強對坦克車輛發動機設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。由于坦克發動機質量較大，故由4個減振器支撐整個發動機組成懸置系統。

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

陳雨等根據高地隙行走式農業機械的特殊作業要求，設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。利用液壓油缸的伸縮實現車輪的轉向，在懸架結構上增加阻尼器，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

熊志遠等基于隔振、吸振原理設計一種具有隔、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，經鎖緊螺母安裝在空腔內，蓋上厚鋼板，擰緊沉頭螺釘。

2.9 基于汽車懸架系統的減振控制

汽車在駕駛過程中的舒適性和平穩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影響的數學模型，設計汽車主動懸掛系統的前饋-反饋最優減振控制律，實現路面粗糙度作用下汽車懸掛系統的最優減振控制。

3 結語

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

參考文獻

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