胥  芳  張立彬  計(jì)時(shí)鳴  張  憲

    （浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院杭州，310 014）

摘要在分析手扶拖拉機(jī)手把振源特性的基礎(chǔ)上，以天然橡膠1154為隔振元件設(shè)計(jì)了一種新型的橡膠隔振式減振手把，該手把具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、安裝簡便、使用可靠的優(yōu)點(diǎn)。在工農(nóng)一5型手扶拖拉機(jī)上的試驗(yàn)結(jié)果表明，該手把有效地降低了振動(dòng)傳遞率，在三軸向中振動(dòng)最劇烈的方向上最大加速度和加權(quán)加速度分別減少了54.8%和55. 8%．三軸向聯(lián)合加速度降低了44.1%，當(dāng)振動(dòng)職業(yè)病發(fā)病率為30%時(shí)，振動(dòng)病發(fā)生前允許的受振年限可延長126. 4%，具有顯著的減振效果。

關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)；隔振；手把

中圖分類號(hào)：TB535

    手扶拖拉機(jī)是農(nóng)村大面積使用的耕作機(jī)械和動(dòng)力源，尤其在我國，保有量巨大，駕駛員人數(shù)眾多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于長期操作手扶拖拉機(jī)，因手把振動(dòng)導(dǎo)致駕駛員振動(dòng)病的發(fā)病率相當(dāng)高。為此，降低手扶拖拉機(jī)的振動(dòng)水平，改善操作人員的工作條件已成為國內(nèi)外農(nóng)機(jī)行業(yè)一致重視的研究課題。意大利的Guarn-teri和Ragni等人曾研究了小型農(nóng)機(jī)手把振動(dòng)的傳遞機(jī)理11-2]，日本的大黑正道和石川文武等人研究了在手把上加配重和咀尼來減小手把振動(dòng)的方法‘31；在國內(nèi)，蘇清祖等人通過局部修改扶手架的結(jié)構(gòu)參數(shù)來改善手把的振動(dòng)特性‘43；陳新福和胡一民在飛輪上進(jìn)行偏角平衡‘s]。上述各方法，對(duì)減小手扶手把振動(dòng)有一定的效果，但同時(shí)存在改裝困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高的缺點(diǎn)。本文提出一種橡膠隔振式減振手把，該手把抗振效果良好，并具有簡單實(shí)用、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。

1  橡膠隔振式減振手把的設(shè)計(jì)

1.1  關(guān)于減振方案

    一般減振方法有以下幾種：

    (1)防止共振。該方法通過改變振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率或改變振動(dòng)系統(tǒng)的擾動(dòng)頻率來減少手把對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)，但需對(duì)拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)做大量修改，不易實(shí)施。    (2)減少擾動(dòng)。該方法通過減小振動(dòng)激勵(lì)來降低手把振動(dòng)，但由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的不平衡慣性力不可能完全消除，因而實(shí)際減振效果受到限制。

    (3)采用隔振措施隔離振動(dòng)的傳遞。手扶拖拉機(jī)手把振動(dòng)的振源主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)和路面不平度引起的路面激勵(lì)，這兩種激勵(lì)都是通過底盤、扶手架等傳到手把上的，因此，如果在扶手架上連接適當(dāng)?shù)臏p震裝置，就能使傳遞到手把上的振動(dòng)明顯減弱，這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝在現(xiàn)有拖拉機(jī)上的優(yōu)點(diǎn)。本文采用上述方法(3)的機(jī)理設(shè)計(jì)橡膠隔振式

減振手把。

1.2橡膠隔振式減振手把的設(shè)計(jì)要求

    橡膠隔振式減振手把的基本設(shè)計(jì)要求是：

    (1)具有良好的減振性能。減振手把應(yīng)通過橡膠隔振裝置消耗和擴(kuò)散振動(dòng)能量，減弱結(jié)構(gòu)傳遞振動(dòng)的能力；

    (2)具有良好的操向性。減振手把的扶手架應(yīng)具有足夠的剛度，不影響拖拉機(jī)的操向性能，尤其是在高速行駛和出現(xiàn)緊急情況時(shí)，要求能夠承受足夠大的彎矩和扭矩；

    (3)結(jié)構(gòu)簡單便于安裝。減振手把應(yīng)基本不改變?cè)鍪旨艿慕Y(jié)構(gòu)，且具有成本低，安裝簡易方便的特點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用；

    (4)安裝牢靠，強(qiáng)度好，壽命長，安全可靠。

1.3  隔振材料的選擇

    隔振式減振手把應(yīng)選用阻尼性能良好、性能穩(wěn)定，制造方便，成本低，與金屬的粘接性好，單位面積的承載能力大以及使用壽命長的材料。從車輛工程的各種應(yīng)用實(shí)踐來看，橡膠材料能有效地衰減來自發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)，利用其阻尼特性，可消除振動(dòng)的尖峰幅值，使振動(dòng)較為均勻和減小沖擊。因此，選用具有較好綜合物理機(jī)械性能并能與金屬材料牢固粘合的天然橡膠1154作為隔振材料，其邵氏硬度為60。

1.4  橡膠隔振式減振手把的結(jié)構(gòu)和工作原理

    橡膠隔振式減振手把由橡膠隔振裝置和扶手架組成，前端扶手架與后端扶手架之間通過橡膠隔振裝置連接。橡膠隔振裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。強(qiáng)力膠粘劑將天然橡膠1154與內(nèi)外金屬套管膠粘在一起，這種結(jié)構(gòu)不僅保證了扶手架的剛度要求，而且還使得隔振裝置的安裝非常方便。在使用中，發(fā)動(dòng)機(jī)和路面的振動(dòng)激勵(lì)都須通過隔振裝置后才能傳遞到駕駛員把握的后端扶手架，橡膠的相變和分子擴(kuò)散可有效地消耗和擴(kuò)展振動(dòng)的能量，使瞬態(tài)振動(dòng)迅速衰減，降低振動(dòng)的振幅。

    由于扶手架傳遞振動(dòng)是逐漸放大，因此，在不影響變速桿的操作和安裝方便性的前提下，隔振元件的安裝部位應(yīng)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)驗(yàn)中橡膠隔振式減振手把隔振元件的安裝部位見圖2。

2  減振試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1  手扶拖拉機(jī)振源的分析

    手扶拖拉機(jī)采用單缸壓縮點(diǎn)火水冷柴油發(fā)動(dòng)

2.2試驗(yàn)方法

    鑒于路畫不平引起的振動(dòng)僅站占整個(gè)手把振動(dòng)的20%，在試驗(yàn)研究時(shí)以觀察減振手把對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡慣性力造成的振動(dòng)的隔振效果為主。為簡化試驗(yàn)，作者將工農(nóng)一5型手扶拖拉機(jī)停在平坦的水泥地面上進(jìn)行試驗(yàn)，駕駛員模擬工作狀態(tài)握住手把，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，因?yàn)樵诖宿D(zhuǎn)速下傳遞到手把的振動(dòng)最大。根據(jù)IS05349-1986(E)規(guī)定的手受振坐標(biāo)系，如圖3所示。作者自制了一個(gè)傳感器支架安裝于手把上，以保證三軸向相互垂直相交。采用CA - YD127型加速度傳感器測(cè)取加速度信號(hào)，由YE5938動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集器采集和記錄，然后通過RS232-C串行接口傳送到微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并用打印機(jī)輸出結(jié)果。

    為了進(jìn)行比較，首先測(cè)量未加隔振裝置時(shí)手把的振動(dòng)加速度。然后，安裝上隔振裝置，并在相同試驗(yàn)條件下測(cè)量手把振動(dòng)加速度。為減少隨機(jī)誤差，每次均取5次試驗(yàn)的平均值進(jìn)行頻譜分析，分析頻帶為0～2000Hz。測(cè)試點(diǎn)見圖2，測(cè)試結(jié)果的時(shí)域波形

和振幅頻譜見圖4和圖5。

    以Xh方向?yàn)槔?，由圖4和圖5可見，加隔振裝Z3  結(jié)  論

    (1)從手扶拖拉機(jī)手把傳遞到駕駛員手臂上的振動(dòng)主要由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡慣性力的周期性振動(dòng)和由于路面不平產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)引起，前者占總振動(dòng)能量的80%，振動(dòng)能量基本集中分布在0—200Hz頻帶內(nèi)，最大振幅均發(fā)生在Xh方向。

(2)手把振動(dòng)的振幅隨扶手架距發(fā)動(dòng)機(jī)的距離的增加而增大，隔振裝置應(yīng)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)安裝。   

(3)橡膠隔振式減振手把采用橡膠元件增大阻尼和隔離振動(dòng)的傳遞率，減振效果明顯。當(dāng)發(fā)病率C一30%時(shí)，振動(dòng)病發(fā)生前允許的受振年限延長了126. 4%。

    (4)橡膠隔振式減振手把結(jié)構(gòu)簡單，工作性能穩(wěn)定，安裝簡便，使用安全可靠。