一种基于浮阀减振原理的风力灭火机减振装置

2022-06-22张明远佘光宇

林业机械与木工设备 2022年6期

王石，张明远，佘光宇，付琼*

(1.国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江哈尔滨 150086；2.国家林业和草原局林业机电工程实验室，黑龙江哈尔滨 150086；3.国家林业和草原局林业装备工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨 150086)

森林火灾突发性强，破坏性大、危险性高，是全球发生最频繁、处置最困难、危害最严重的自然灾害之一，是生态文明建设成果和森林资源安全的最大威胁，甚至可能引发生态灾难和社会危机[1-3]。我国的森林火灾扑救仍然以人力手工工具灭火和风力灭火机灭火为主。我国以风力灭火机和人工扑打相结合的灭火方法经济、实用、易操作，适合扑灭地表火、初发火、灌木林火和火场清理工作等[4]。但不足之处主要是风力灭火机振动大，人机工效不好，便携式风力灭火机工作时产生的振动会对操作者的健康造成很大影响。作业者在灭火过程中要承受振动、噪声、重量负荷以及烟热环境的影响。振动通过把手传至操作者的手臂和肩颈，会引起不适，长期暴露在振动下会引起白指病和关节损害，严重影响工作效率[5]。为保护消防人员身体健康，提高我国森林消防机械化水平，有必要进一步研究风力灭火机的减振技术。基于此本文提出了三个基于浮阀减振原理的减振器设计方案。

1 风力灭火机减振装置设计方案一

1.1 结构组成

风力灭火机减振装置设计方案一的总体结构如图1所示，这是一种基于浮阀减振原理的弹簧连接式的风力灭火机减振装置，包括与发动机壳体连接的金属联结片、弹簧元件、中间金属片、与把手连接的金属联结片。弹簧连接式的风力灭火机减振装置如图2所示。

图1 弹簧连接式的风力灭火机减振装置总体结构1.与发动机壳体连接的金属联结片；2.弹簧元件；3.中间金属片；4.弹簧元件；5.与把手连接的金属联结片

图2 弹簧连接式的风力灭火机减振装置

1.2 工作原理

该减振装置的工作原理是：将与发动机壳体(振动源)连接的金属联结片(1)通过螺栓连接到弹簧元件(2)上，弹簧元件(2)通过螺栓连接到中间金属片(中间质量体)(3)上，再将中间金属片(3)通过螺栓连接到弹簧元件(4)上，弹簧元件(4)通过连接螺栓连接到与把手连接的金属联结片(5)上，利用该装置中弹簧元件(2)和(4)的阻尼作用和中间质量体来控制并衰减振动能量，使传递到把手的振动减小。

1.3 方案优势与不足

该浮阀减振装置通过弹簧元件的阻尼作用来减少振动的传递，同时通过中间质量体改变振动波传递路径来达到振动隔离的目的。与其他被动隔振技术相比，浮阀减振系统更为紧凑，附加质量少，且在减少振动波向基础传递和降低空气中声辐射方面优势明显。该方案不足在于尺寸偏大，强度不足，安装复杂。

2 风力灭火机减振装置设计方案二

2.1 结构组成

风力灭火机减振装置设计方案二总体结构如图3所示，这是一种利用浮阀减振技术来设计的小型浮阀减振装置，来隔绝风力灭火机发动机的振动，使传递到把手的振动减少。它包括与发动机壳体连接的金属联结片、具有弹性的阻尼材料、中间金属片、与把手连接的金属联结片。经过反复实验最终确定以橡胶作为弹性阻尼材料，弹性橡胶连接式的减振装置如图4所示。

图3 弹性橡胶连接式的风力灭火机减振装置总体结构示意图1.与发动机壳体连接的金属联结片；2.具有弹性的阻尼材料；3.中间金属片；4.具有弹性的阻尼材料；5.与把手连接的金属联结片

图4 弹性橡胶连接式的减振装置

2.2 工作原理

该减振装置的工作原理是将与发动机壳体(振动源)连接的金属联结片(1)通过具有弹性的阻尼材料(2)联结在中间金属片(中间质量体)(3)上，再将中间金属片(3)通过具有弹性的阻尼材料(4)联结在与把手连接的金属联结片(5)上，利用该装置中具有弹性的阻尼材料(2)和(4)的阻尼作用和中间质量体来控制并衰减振动能量，使传递到把手的振动减小。