履带式全地形车中缓冲抑噪的技术分析

岳旭东

摘 要：履带式全地形车以其承压大、机动性强、爬行能力强等特点，是执行救灾等特殊运输任务时首选特种车辆。震动和噪声是影响履带式全地形车的重要性能指标，对履带式全地形车设计中，积极采用缓冲抑噪技术，对提高履带式全地形车的性能有着非常重要的作用。

关键词：履带式全地形车;缓冲抑噪;性能

1 引言

与轮式车辆相比，履带车辆优点是接触地面面积大，地面压力低，障碍物克服和爬坡能力强，因此履带车辆被广泛用于军事，工程建设，农业，森林防火等领域。振动和噪声影响是全地形车产品性能的重要指标。由于工作环境恶劣和自身动力系统的振动，這就会导致全地形车在户外作业的过程中产生较大的随机振动和噪声污染[1]。因此，在设计全履带地形车时，应充分考虑车辆的振动问题和噪音问题。本文分析履带式全地形车缓冲的机理，对履带式全地形车的阻尼材料选择、全地形车缓冲功能认定及振动特性、履带式全地形车缓冲抑噪的途径进行研究，为履带式全地形车的缓冲抑噪设计提供有益的思考。

2 履带式全地形车缓冲抑噪的机理以及阻尼材料的选择

对于履带式全地形车的缓冲抑噪主要是要采用阻尼性能优良、可靠性好、环保行好的阻尼材料。目前阻尼材料可以按照它们的特性分为四大类：（1）由塑料与橡胶组成的阻尼板，例如丁腈和硅橡胶;（2）可以作用吸声的橡胶与泡沫塑料，例如丁基橡胶和聚氨酯泡沫;（3）复合型的阻尼材料，例如将1和2提到的材料与金属材料共同组合成的各种部件;（4）高阻尼的合金，例如铁-铬-钼。

阻尼就是可以将机械产生的振动转化为自身的热能或者其他较为容易损耗的能量。但是由于人们较为熟悉的金属，比如钢板、铝制材料等，它们本身的阻尼都比较小，通常需要加入阻尼较大的材料来增强阻尼性，在这方面应用较为广泛的就是粘弹性材料。目前的研究表明，粘弹性材料的阻尼主要由基体来表征，并且阻尼的大小衡量经常用损耗因子来表示。

无论何种形式的粘弹性减振装置，均需要附加粘弹阻尼材料。由于粘弹性阻尼材料，尤其是防振橡胶因其具有阻尼性能好，价格较低，加工方便等优点，得到了广泛的应用。全地形车上采用的粘弹性阻尼材料包含了具有减振功能的橡胶和常见的高聚合物的阻尼[2]。

另外，想要成为合格的阻尼材料要具有高的性能，首先就是利用一般橡胶做成的减振装置的热性能，这种减振装置一般不适合超过70°C的高温环境，但是经过实践发现，也有一些粘弹性的材料能够耐比较高的温度，用这种材料做成的减振装置可以耐高温但是这种耐高温性和一般金属的耐高温还是有较大的差异的，而且目前的技术水平达不到。要满足在高温下工作，不仅仅是对粘弹性材料本身的考验，而且也要对粘结剂进行一定程度的分析与研究。

对于是否要考虑减振装置的散热问题，就比如汽车的发动机排气系统，由于人们越来越重视环境保护，环保意识不断增强，不断的要优化汽车尾气的排放，因而会在汽车的排气装置中加装新热源例如补燃器、催化反应器等做法来减少汽车尾气对环境的污染。并且每一种粘弹性装置在工作的过程中，都会出现由于滞后的反应在装置内部产生热量。所以，在设计粘弹性装置的时候，一定要考虑装置的散热和隔热问题。

目前，粘弹性的装置本身的耐热膨胀的相关系数一般比金属要高得多，而且比钢还要高的多。就目前的技术水平来说，粘弹性阻尼的成品也一般都是模制的，在设计时候要考虑到这一点。根据制造的工艺来说成品的粘弹性产品要比模型稍微小一点，一般的要小2.5%左右，但是这种情况也会根据材料的不同而不同。

大多数粘弹性材料都有或多或少吸收矿物油和其他烃类液体的特性，对于天然橡胶和某些高分子聚合物来说，这种吸收可达其体积的数倍。这种所谓溶胀及其所伴随表的机械强度的损失，使这些粘弹性材料难以应用于与油类相接触的场合。然而，现已发展了一些新的粘弹性材料来克服这种缺点。从工程方面着眼，在设计时加防护罩来防油也是可能的。目前，天然橡胶的综合指标最优。虽然其耐油性差，但经采取适当保护措施，这个缺陷还是能够克服的。故天然橡胶是在工程机械中应用最为广泛的一种防振橡胶材料。

为了满足不同的需要，往往还需在胶料中添加若干搀和剂。其中炭黑是用量最大、性质优良的填料，常用于补强的场合[3]。随着炭黑用量的增加，硫化胶的硬度、弹性模量不断加大（强度增大），但弹性却不断下降;并会引起橡胶材料损耗因子，发热量，耐磨性，抗裂强度，延伸率等一系列指标的变化。因此，需仔细加以研究，根据要求配制合适的粘弹性材料配方。在这方面，各公司都对自己的配方严加保密。故粘弹性材料配方的合理配制也是个重要的研究课题。

3 履带式全地形车缓冲抑噪的途径

3.1 履带式全地形车的振动特性

引起振动的方式有很多种，而且全地形车的振动特性比较复杂，不能得到准确的振动特性。但是大多数的振动都是由于全地形车行进过程中路面的不平整、全地形车车体内零件之间的碰撞等因素造成的。

全地形车在行进过程中的振动可以看做成随机振动，而且会随着工作强度和工作环境的改变而发生变化。由于履带式全地形车可以适应全天候的工作环境，特别适合在山地、雪地、沙漠、沼泽等各类复杂的环境下执行抢险和救援的任务。经对未采取减振措施履带式行走系的测试，发现其主振动频谱在3～8Hz之间。人体各个器官的固有频率为3～17H之间，存在一定区间的重合区，当频率在这一重合区的时候，就会产生共振，使全地形车的驾驶员感到不适。通过查阅资料，了解到振动频率在1～8Hz区间内对人体的危害最大，并且振动频率过高会产生较大的噪声污染，给全地形车周围的环境造成一定程度的损伤。

正是因为全地形车工作环境特殊性导致了履带式全地形车在行进过程中，当全地形车需要翻越路面凸起的障碍物时，路面给全地形车全部履带的冲击力最大，破坏性最强。

3.2 履带式全地形车缓冲抑噪的途径

履带式全地形车在行进过程中，主要是振动源-传递路径-全地形车驾驶员的传递方式。因此，从这三方面采用相应的控制技术能够有效的降低行进中的履带式全地形车的噪声。首先要对振动源进行隔振控制，隔振主要有主动隔振和被动吸音两种，从技术层面对全地形系统本身进行改进，降低它本身的振动率，這属于主动隔振[4]。如果采用阻尼缓冲抑噪材料的涂抹降低噪声则属于被动吸音的范畴。例如：装载机的发动机和车身之间的阻尼抑噪，通过相关措施抑制发动机和车身之间的振动传递，由此来减少装载机的噪声和由此引发的相关共振，这就属于主动隔振。

目前，国内的许多行业中对于降噪材料都有了非常广泛的运用，例如：航天、工程机械、海上运输、矿山机械、电器等领域。阻尼缓冲抑噪的涂料具有较好的抑噪能力是由于这种高聚物材料具有一定的厚度和粘弹性，伴随振动的过程中，阻尼部分也一起加入振动行列，在它的内部发生了材料的拉压变形，消耗了一部分的振动能，并且分子的运动也可以减少一定的振动能，随后以热能的形式散发出去。由于这种材料有效的减少噪音的传递，提高驾驶的舒适性。目前被广泛的应用于普通汽车、特种车辆、航空、海上运输等机械的降噪上面。

对于履带式全地形车的振动噪音，驾驶室密封的好与坏有着很大的影响。增加全地形车驾驶室的密封性能，首先要提高驾驶室的整体密封性能，随后还要在驾驶室添加一定的隔音材料，例如：麻毡、涂有缓冲抑噪涂料的钢板。最后将驾驶室的车窗、车门与车身之间用优质的橡胶密封好。也可以采用吸声的材料，如具有微孔结构的某些纤维材料可以吸收声能，有效的减少声音的反射，有效降低全地形车驾驶室内的噪音。

4 结语

履带式全地形车行采用阻尼缓冲抑噪技术的原因以及履带式全地形车缓冲的机理和阻尼材料的选择、全地形车缓冲功能的认定及振动特性、履带式全地形车缓冲抑噪的途径等。履带式全地形车的随机振动的问题较为突出，采用了阻尼缓冲抑噪的技术后的减振装置对于全地形车的随机振动问题有了较好的解决，改善了全地形车驾驶员的驾驶舒适性，并且对改变周围工作环境也有一定的积极作用。粘弹性阻尼材料具有优良的性能，通过一定的补救措施可以改善全地形车上使用的粘弹性阻尼材料的耐热性能，并且阻尼材料的配方也还有改进的空间，需要更加深入的学习和论证。

参考文献：

[1]巩青松.履带式工作车辆设计及分析的关键技术研究[D].扬州大学，2008.

[2]张安桂，李明俊，徐泳文，等.阻尼材料的研究进展与分析[J].江西化工，2018（2）：53-56.

[3]张承焱，杨中文，沈伟玲.白炭黑处理工艺对气相白炭黑疏水性及其补强性能的影响[J].世界橡胶工业，2001（2）：2-4.

[4]宋春生，胡业发，周祖德.差动式磁悬浮主动隔振系统的控制机理研究[J].振动与冲击，2010，29（07）：24-27.