微耕机扶手架颗粒阻尼吸振器减振性能试验研究
研究背景
微耕机是我国丘陵山地广泛采用的农机具，其在作业过程中产生的剧烈振动严重影响了操作者的健康。现有减振措施包括添加质量块、改变扶手架结构形状和设置隔振装置，但这些方法存在增加质量、成本高和效果有限等问题。颗粒阻尼技术作为一种被动减振技术，具有简单、可靠、经济实惠等优点，被广泛应用于多个领域。
难点分析
1.振动特性分析：微耕机扶手架的振动特性复杂，需要精确的模态分析来确定其固有频率和振型。
2.颗粒阻尼吸振器设计：如何选择合适的颗粒材料、粒径及填充率以达到最佳减振效果是本研究的关键难点。
3.试验验证：搭建试验平台，验证仿真结果的准确性，并测试不同工况下的减振效果。
难点解决方案
- 振动特性分析：通过有限元法建立微耕机扶手架的三维模型，施加实际约束条件，进行模态分析，确定其固有频率和振型。通过锤击试验验证仿真结果的准确性。
图 1 模态测试振型
2.颗粒阻尼吸振器设计：基于扶手架的模态振型信息，确定颗粒阻尼吸振器的安装位置。设计吸振器的结构尺寸，选择合适的材料，并通过离散元法分析颗粒间的碰撞和摩擦耗能机理。
3.试验验证：搭建扶手架减振性能测试试验平台，包括扶手架安装系统、激振系统和振动信号采集及分析系统。通过试验测试不同材料、粒径和填充率下的减振效果，并在实际工况下进行验证。
试验验证与系统搭建
- 试验平台搭建：搭建了一套由扶手架安装系统、激振系统和振动信号采集及分析系统组成的测试平台。振动信号采集及分析系统包括传感器、INV3062C型24位高精度16通道数据采集仪和DASP-V11分析系统。 在扶手架手把处布置测点，通过采用东方所 INV9832-50 ICP型三向加速度传感器获取振动响应测试数据，并设置0～70Hz扫频条件进行测试。
图 2 试验平台
- 减振性能测试：结合仿真结果，选择了201不锈钢和1060铝颗粒进行实际工况下的减振效果测试。最终发现当颗粒材料为201不锈钢，粒径为Φ3 mm，填充率为85%时，单个颗粒阻尼吸振器总质量为225.4g，减振效果最佳。
- 土槽试验：将优化后的颗粒阻尼吸振器安装到IWCQ4-70型微耕机上，在不同发动机转速下进行了实际工况测试。结果显示，该吸振器显著降低了微耕机扶手架手把处的振动加速度值，最大降幅可达54.9%。
图 3 试验现场
研究结果
振动特性分析结果：通过有限元分析和锤击试验，确定了微耕机扶手架的前三阶固有频率分别为15.6 Hz、40.1 Hz和55.7 Hz，与仿真结果的最大误差为5.1%。
颗粒阻尼吸振器设计结果：设计的颗粒阻尼吸振器安装在扶手架手把处，选择201不锈钢颗粒，粒径为Φ3 mm，填充率为85%时，减振效果最佳。
试验验证结果：试验平台测试结果表明，安装颗粒阻尼吸振器后，扶手架手把处的振动加速度显著降低，最大降幅为54.9%。在实际工况下，不同转速下的振动加速度均有所下降，验证了颗粒阻尼吸振器的有效性和实用性。
参考文献：李浩,尹宜勇,等. 微耕机扶手架颗粒阻尼吸振器设计及试验研究[J]. 振动与冲击.2024.43(18):321-328.
