一种基于浮阀减振原理的风力灭火机减振装置

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。

2.3 方案优势与不足

该浮阀减振装置通过具有弹性的阻尼材料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。另外尺寸适中，安装简便。

该方案不足在于弹性的阻尼材料与把手连接的金属联结片之间联结困难，粘性材料选择面窄，粘结后其联结强度不够，材料老化后易脱落。

3 风力灭火机减振装置设计方案三

3.1 结构组成

风力灭火机减振装置设计方案三总体结构如图5所示。通过实验，以上弹簧连接式和弹性橡胶连接式两种减振器基本达到减振效果，但缺点明显，因此对风力灭火机把手进行了第三种减振设计。

图5 把手的减振装置设计总体结构示意图1.把手内柱；2.具有弹性的硅胶垫；3.中间金属圈；4.具有弹性的把套

3.2 工作原理

该减振装置的工作原理是将具有弹性的硅胶垫浇筑在把手内柱和中间金属圈之间，中间金属圈外面套上弹性的把套，形成异形的浮阀减振装置，利用该装置中具有弹性的硅胶垫的减振作用和中间质量体来控制并衰减振动能量，使传递到操作人员手上的振动减小。

图6 把手的减振装置实物图

4 结语

工欲善其事，必先利其器。本文针对一种基于浮阀减振原理的风力灭火机减振装置，先后设计出三种减震装置方案，一款为弹簧连接式的风力灭火机减振装置，另一款为弹性橡胶连接式的减振装置，最后一款为把手的减振装置，均实现一定的减振作用，可对提高森林灭火机应用水平起到一定的积极作用。