履帶式全地形車中緩沖抑噪的技術分析

岳旭東

摘 要：履帶式全地形車以其承壓大、機動性強、爬行能力強等特點，是執(zhí)行救災等特殊運輸任務時首選特種車輛。震動和噪聲是影響履帶式全地形車的重要性能指標，對履帶式全地形車設計中，積極采用緩沖抑噪技術，對提高履帶式全地形車的性能有著非常重要的作用。

關鍵詞：履帶式全地形車;緩沖抑噪;性能

1 引言

與輪式車輛相比，履帶車輛優(yōu)點是接觸地面面積大，地面壓力低，障礙物克服和爬坡能力強，因此履帶車輛被廣泛用于軍事，工程建設，農(nóng)業(yè)，森林防火等領域。振動和噪聲影響是全地形車產(chǎn)品性能的重要指標。由于工作環(huán)境惡劣和自身動力系統(tǒng)的振動，這就會導致全地形車在戶外作業(yè)的過程中產(chǎn)生較大的隨機振動和噪聲污染[1]。因此，在設計全履帶地形車時，應充分考慮車輛的振動問題和噪音問題。本文分析履帶式全地形車緩沖的機理，對履帶式全地形車的阻尼材料選擇、全地形車緩沖功能認定及振動特性、履帶式全地形車緩沖抑噪的途徑進行研究，為履帶式全地形車的緩沖抑噪設計提供有益的思考。

2 履帶式全地形車緩沖抑噪的機理以及阻尼材料的選擇

對于履帶式全地形車的緩沖抑噪主要是要采用阻尼性能優(yōu)良、可靠性好、環(huán)保行好的阻尼材料。目前阻尼材料可以按照它們的特性分為四大類：（1）由塑料與橡膠組成的阻尼板，例如丁腈和硅橡膠;（2）可以作用吸聲的橡膠與泡沫塑料，例如丁基橡膠和聚氨酯泡沫;（3）復合型的阻尼材料，例如將1和2提到的材料與金屬材料共同組合成的各種部件;（4）高阻尼的合金，例如鐵-鉻-鉬。

阻尼就是可以將機械產(chǎn)生的振動轉化為自身的熱能或者其他較為容易損耗的能量。但是由于人們較為熟悉的金屬，比如鋼板、鋁制材料等，它們本身的阻尼都比較小，通常需要加入阻尼較大的材料來增強阻尼性，在這方面應用較為廣泛的就是粘彈性材料。目前的研究表明，粘彈性材料的阻尼主要由基體來表征，并且阻尼的大小衡量經(jīng)常用損耗因子來表示。

無論何種形式的粘彈性減振裝置，均需要附加粘彈阻尼材料。由于粘彈性阻尼材料，尤其是防振橡膠因其具有阻尼性能好，價格較低，加工方便等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。全地形車上采用的粘彈性阻尼材料包含了具有減振功能的橡膠和常見的高聚合物的阻尼[2]。

另外，想要成為合格的阻尼材料要具有高的性能，首先就是利用一般橡膠做成的減振裝置的熱性能，這種減振裝置一般不適合超過70°C的高溫環(huán)境，但是經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，也有一些粘彈性的材料能夠耐比較高的溫度，用這種材料做成的減振裝置可以耐高溫但是這種耐高溫性和一般金屬的耐高溫還是有較大的差異的，而且目前的技術水平達不到。要滿足在高溫下工作，不僅僅是對粘彈性材料本身的考驗，而且也要對粘結劑進行一定程度的分析與研究。

對于是否要考慮減振裝置的散熱問題，就比如汽車的發(fā)動機排氣系統(tǒng)，由于人們越來越重視環(huán)境保護，環(huán)保意識不斷增強，不斷的要優(yōu)化汽車尾氣的排放，因而會在汽車的排氣裝置中加裝新熱源例如補燃器、催化反應器等做法來減少汽車尾氣對環(huán)境的污染。并且每一種粘彈性裝置在工作的過程中，都會出現(xiàn)由于滯后的反應在裝置內部產(chǎn)生熱量。所以，在設計粘彈性裝置的時候，一定要考慮裝置的散熱和隔熱問題。

目前，粘彈性的裝置本身的耐熱膨脹的相關系數(shù)一般比金屬要高得多，而且比鋼還要高的多。就目前的技術水平來說，粘彈性阻尼的成品也一般都是模制的，在設計時候要考慮到這一點。根據(jù)制造的工藝來說成品的粘彈性產(chǎn)品要比模型稍微小一點，一般的要小2.5%左右，但是這種情況也會根據(jù)材料的不同而不同。

大多數(shù)粘彈性材料都有或多或少吸收礦物油和其他烴類液體的特性，對于天然橡膠和某些高分子聚合物來說，這種吸收可達其體積的數(shù)倍。這種所謂溶脹及其所伴隨表的機械強度的損失，使這些粘彈性材料難以應用于與油類相接觸的場合。然而，現(xiàn)已發(fā)展了一些新的粘彈性材料來克服這種缺點。從工程方面著眼，在設計時加防護罩來防油也是可能的。目前，天然橡膠的綜合指標最優(yōu)。雖然其耐油性差，但經(jīng)采取適當保護措施，這個缺陷還是能夠克服的。故天然橡膠是在工程機械中應用最為廣泛的一種防振橡膠材料。

為了滿足不同的需要，往往還需在膠料中添加若干攙和劑。其中炭黑是用量最大、性質優(yōu)良的填料，常用于補強的場合[3]。隨著炭黑用量的增加，硫化膠的硬度、彈性模量不斷加大（強度增大），但彈性卻不斷下降;并會引起橡膠材料損耗因子，發(fā)熱量，耐磨性，抗裂強度，延伸率等一系列指標的變化。因此，需仔細加以研究，根據(jù)要求配制合適的粘彈性材料配方。在這方面，各公司都對自己的配方嚴加保密。故粘彈性材料配方的合理配制也是個重要的研究課題。

3 履帶式全地形車緩沖抑噪的途徑

3.1 履帶式全地形車的振動特性

引起振動的方式有很多種，而且全地形車的振動特性比較復雜，不能得到準確的振動特性。但是大多數(shù)的振動都是由于全地形車行進過程中路面的不平整、全地形車車體內零件之間的碰撞等因素造成的。

全地形車在行進過程中的振動可以看做成隨機振動，而且會隨著工作強度和工作環(huán)境的改變而發(fā)生變化。由于履帶式全地形車可以適應全天候的工作環(huán)境，特別適合在山地、雪地、沙漠、沼澤等各類復雜的環(huán)境下執(zhí)行搶險和救援的任務。經(jīng)對未采取減振措施履帶式行走系的測試，發(fā)現(xiàn)其主振動頻譜在3～8Hz之間。人體各個器官的固有頻率為3～17H之間，存在一定區(qū)間的重合區(qū)，當頻率在這一重合區(qū)的時候，就會產(chǎn)生共振，使全地形車的駕駛員感到不適。通過查閱資料，了解到振動頻率在1～8Hz區(qū)間內對人體的危害最大，并且振動頻率過高會產(chǎn)生較大的噪聲污染，給全地形車周圍的環(huán)境造成一定程度的損傷。

正是因為全地形車工作環(huán)境特殊性導致了履帶式全地形車在行進過程中，當全地形車需要翻越路面凸起的障礙物時，路面給全地形車全部履帶的沖擊力最大，破壞性最強。

3.2 履帶式全地形車緩沖抑噪的途徑

履帶式全地形車在行進過程中，主要是振動源-傳遞路徑-全地形車駕駛員的傳遞方式。因此，從這三方面采用相應的控制技術能夠有效的降低行進中的履帶式全地形車的噪聲。首先要對振動源進行隔振控制，隔振主要有主動隔振和被動吸音兩種，從技術層面對全地形系統(tǒng)本身進行改進，降低它本身的振動率，這屬于主動隔振[4]。如果采用阻尼緩沖抑噪材料的涂抹降低噪聲則屬于被動吸音的范疇。例如：裝載機的發(fā)動機和車身之間的阻尼抑噪，通過相關措施抑制發(fā)動機和車身之間的振動傳遞，由此來減少裝載機的噪聲和由此引發(fā)的相關共振，這就屬于主動隔振。

目前，國內的許多行業(yè)中對于降噪材料都有了非常廣泛的運用，例如：航天、工程機械、海上運輸、礦山機械、電器等領域。阻尼緩沖抑噪的涂料具有較好的抑噪能力是由于這種高聚物材料具有一定的厚度和粘彈性，伴隨振動的過程中，阻尼部分也一起加入振動行列，在它的內部發(fā)生了材料的拉壓變形，消耗了一部分的振動能，并且分子的運動也可以減少一定的振動能，隨后以熱能的形式散發(fā)出去。由于這種材料有效的減少噪音的傳遞，提高駕駛的舒適性。目前被廣泛的應用于普通汽車、特種車輛、航空、海上運輸?shù)葯C械的降噪上面。

對于履帶式全地形車的振動噪音，駕駛室密封的好與壞有著很大的影響。增加全地形車駕駛室的密封性能，首先要提高駕駛室的整體密封性能，隨后還要在駕駛室添加一定的隔音材料，例如：麻氈、涂有緩沖抑噪涂料的鋼板。最后將駕駛室的車窗、車門與車身之間用優(yōu)質的橡膠密封好。也可以采用吸聲的材料，如具有微孔結構的某些纖維材料可以吸收聲能，有效的減少聲音的反射，有效降低全地形車駕駛室內的噪音。

4 結語

履帶式全地形車行采用阻尼緩沖抑噪技術的原因以及履帶式全地形車緩沖的機理和阻尼材料的選擇、全地形車緩沖功能的認定及振動特性、履帶式全地形車緩沖抑噪的途徑等。履帶式全地形車的隨機振動的問題較為突出，采用了阻尼緩沖抑噪的技術后的減振裝置對于全地形車的隨機振動問題有了較好的解決，改善了全地形車駕駛員的駕駛舒適性，并且對改變周圍工作環(huán)境也有一定的積極作用。粘彈性阻尼材料具有優(yōu)良的性能，通過一定的補救措施可以改善全地形車上使用的粘彈性阻尼材料的耐熱性能，并且阻尼材料的配方也還有改進的空間，需要更加深入的學習和論證。

參考文獻：

[1]鞏青松.履帶式工作車輛設計及分析的關鍵技術研究[D].揚州大學，2008.

[2]張安桂，李明俊，徐泳文，等.阻尼材料的研究進展與分析[J].江西化工，2018（2）：53-56.

[3]張承焱，楊中文，沈偉玲.白炭黑處理工藝對氣相白炭黑疏水性及其補強性能的影響[J].世界橡膠工業(yè)，2001（2）：2-4.

[4]宋春生，胡業(yè)發(fā)，周祖德.差動式磁懸浮主動隔振系統(tǒng)的控制機理研究[J].振動與沖擊，2010，29（07）：24-27.