王 石， 張明遠(yuǎn)， 佘光宇， 付 瓊*

(1.國(guó)家林業(yè)和草原局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；2.國(guó)家林業(yè)和草原局林業(yè)機(jī)電工程實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150086；3.國(guó)家林業(yè)和草原局林業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，黑龍江 哈爾濱 150086)

森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)，破壞性大、危險(xiǎn)性高，是全球發(fā)生最頻繁、處置最困難、危害最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，是生態(tài)文明建設(shè)成果和森林資源安全的最大威脅，甚至可能引發(fā)生態(tài)災(zāi)難和社會(huì)危機(jī)[1-3]。我國(guó)的森林火災(zāi)撲救仍然以人力手工工具滅火和風(fēng)力滅火機(jī)滅火為主。我國(guó)以風(fēng)力滅火機(jī)和人工撲打相結(jié)合的滅火方法經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、易操作，適合撲滅地表火、初發(fā)火、灌木林火和火場(chǎng)清理工作等[4]。但不足之處主要是風(fēng)力滅火機(jī)振動(dòng)大，人機(jī)工效不好，便攜式風(fēng)力滅火機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)操作者的健康造成很大影響。作業(yè)者在滅火過(guò)程中要承受振動(dòng)、噪聲、重量負(fù)荷以及煙熱環(huán)境的影響。振動(dòng)通過(guò)把手傳至操作者的手臂和肩頸，會(huì)引起不適，長(zhǎng)期暴露在振動(dòng)下會(huì)引起白指病和關(guān)節(jié)損害，嚴(yán)重影響工作效率[5]。為保護(hù)消防人員身體健康，提高我國(guó)森林消防機(jī)械化水平，有必要進(jìn)一步研究風(fēng)力滅火機(jī)的減振技術(shù)?；诖吮疚奶岢隽巳齻€(gè)基于浮閥減振原理的減振器設(shè)計(jì)方案。

1 風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置設(shè)計(jì)方案一

1.1 結(jié)構(gòu)組成

風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置設(shè)計(jì)方案一的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，這是一種基于浮閥減振原理的彈簧連接式的風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置，包括與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體連接的金屬聯(lián)結(jié)片、彈簧元件、中間金屬片、與把手連接的金屬聯(lián)結(jié)片。彈簧連接式的風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置如圖2所示。

圖1 彈簧連接式的風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置總體結(jié)構(gòu)1.與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體連接的金屬聯(lián)結(jié)片；2.彈簧元件；3.中間金屬片；4.彈簧元件；5.與把手連接的金屬聯(lián)結(jié)片

圖2 彈簧連接式的風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置

1.2 工作原理

該減振裝置的工作原理是：將與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體(振動(dòng)源)連接的金屬聯(lián)結(jié)片(1)通過(guò)螺栓連接到彈簧元件(2)上，彈簧元件(2)通過(guò)螺栓連接到中間金屬片(中間質(zhì)量體)(3)上，再將中間金屬片(3)通過(guò)螺栓連接到彈簧元件(4)上，彈簧元件(4)通過(guò)連接螺栓連接到與把手連接的金屬聯(lián)結(jié)片(5)上，利用該裝置中彈簧元件(2)和(4)的阻尼作用和中間質(zhì)量體來(lái)控制并衰減振動(dòng)能量，使傳遞到把手的振動(dòng)減小。

1.3 方案優(yōu)勢(shì)與不足

該浮閥減振裝置通過(guò)彈簧元件的阻尼作用來(lái)減少振動(dòng)的傳遞，同時(shí)通過(guò)中間質(zhì)量體改變振動(dòng)波傳遞路徑來(lái)達(dá)到振動(dòng)隔離的目的。與其他被動(dòng)隔振技術(shù)相比，浮閥減振系統(tǒng)更為緊湊，附加質(zhì)量少，且在減少振動(dòng)波向基礎(chǔ)傳遞和降低空氣中聲輻射方面優(yōu)勢(shì)明顯。該方案不足在于尺寸偏大，強(qiáng)度不足，安裝復(fù)雜。

2 風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置設(shè)計(jì)方案二

2.1 結(jié)構(gòu)組成

風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置設(shè)計(jì)方案二總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，這是一種利用浮閥減振技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的小型浮閥減振裝置，來(lái)隔絕風(fēng)力滅火機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，使傳遞到把手的振動(dòng)減少。它包括與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體連接的金屬聯(lián)結(jié)片、具有彈性的阻尼材料、中間金屬片、與把手連接的金屬聯(lián)結(jié)片。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)最終確定以橡膠作為彈性阻尼材料，彈性橡膠連接式的減振裝置如圖4所示。

圖3 彈性橡膠連接式的風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖1.與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體連接的金屬聯(lián)結(jié)片；2.具有彈性的阻尼材料；3.中間金屬片；4.具有彈性的阻尼材料；5.與把手連接的金屬聯(lián)結(jié)片

圖4 彈性橡膠連接式的減振裝置

2.2 工作原理

該減振裝置的工作原理是將與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體(振動(dòng)源)連接的金屬聯(lián)結(jié)片(1)通過(guò)具有彈性的阻尼材料(2)聯(lián)結(jié)在中間金屬片(中間質(zhì)量體)(3)上，再將中間金屬片(3)通過(guò)具有彈性的阻尼材料(4)聯(lián)結(jié)在與把手連接的金屬聯(lián)結(jié)片(5)上，利用該裝置中具有彈性的阻尼材料(2)和(4)的阻尼作用和中間質(zhì)量體來(lái)控制并衰減振動(dòng)能量，使傳遞到把手的振動(dòng)減小。

2.3 方案優(yōu)勢(shì)與不足

該浮閥減振裝置通過(guò)具有彈性的阻尼材料的阻尼作用來(lái)減少振動(dòng)的傳遞，同時(shí)通過(guò)中間質(zhì)量體改變振動(dòng)波傳遞路徑來(lái)達(dá)到振動(dòng)隔離的目的。與其他被動(dòng)隔振技術(shù)相比，浮閥減振系統(tǒng)更為緊湊，附加質(zhì)量少且在減少振動(dòng)波向基礎(chǔ)傳遞和降低空氣中聲輻射方面優(yōu)勢(shì)明顯。另外尺寸適中，安裝簡(jiǎn)便。

該方案不足在于彈性的阻尼材料與把手連接的金屬聯(lián)結(jié)片之間聯(lián)結(jié)困難，粘性材料選擇面窄，粘結(jié)后其聯(lián)結(jié)強(qiáng)度不夠，材料老化后易脫落。

3 風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置設(shè)計(jì)方案三

3.1 結(jié)構(gòu)組成

風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置設(shè)計(jì)方案三總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，以上彈簧連接式和彈性橡膠連接式兩種減振器基本達(dá)到減振效果，但缺點(diǎn)明顯，因此對(duì)風(fēng)力滅火機(jī)把手進(jìn)行了第三種減振設(shè)計(jì)。

圖5 把手的減振裝置設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)示意圖1.把手內(nèi)柱；2.具有彈性的硅膠墊；3.中間金屬圈；4.具有彈性的把套

3.2 工作原理

該減振裝置的工作原理是將具有彈性的硅膠墊澆筑在把手內(nèi)柱和中間金屬圈之間，中間金屬圈外面套上彈性的把套，形成異形的浮閥減振裝置，利用該裝置中具有彈性的硅膠墊的減振作用和中間質(zhì)量體來(lái)控制并衰減振動(dòng)能量，使傳遞到操作人員手上的振動(dòng)減小。

圖6 把手的減振裝置實(shí)物圖

4 結(jié)語(yǔ)

工欲善其事，必先利其器。本文針對(duì)一種基于浮閥減振原理的風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置，先后設(shè)計(jì)出三種減震裝置方案，一款為彈簧連接式的風(fēng)力滅火機(jī)減振裝置，另一款為彈性橡膠連接式的減振裝置，最后一款為把手的減振裝置，均實(shí)現(xiàn)一定的減振作用，可對(duì)提高森林滅火機(jī)應(yīng)用水平起到一定的積極作用。