船舶機械振動

、船舶工業(yè)背景隨著全球經(jīng)濟的快速增長和經(jīng)濟一體化進程的加速，海上運輸量迅猛增長，據(jù)統(tǒng)計，全球有90%的貨物貿(mào)易是通過海上運輸完成的，日益繁忙的海上交通以及海上人命、財產(chǎn)、環(huán)境等因素的影響，促使海上運輸船舶向大型化、專業(yè)化、快速化、自動化發(fā)展，使之成為安全高效的運輸工具。二、 船舶機械振動的危害及原因1.危害使船體結(jié)構(gòu)或機械部件在應(yīng)力過大部分產(chǎn)生疲勞破壞，影響航行安全；影響船員和旅客的居住舒適性，影響船員工作效率，甚至身體健康；影響船上設(shè)備、儀表的正常工作，降低使用精度，縮短使用壽命。2.原因和類型機械振動是一種常見的物理現(xiàn)象。船舶機械振動主要包括周期性激勵振動和非周期性激勵振動。其中螺旋槳和主機，它們以不同的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時都將激起周期性激勵，使船體發(fā)生穩(wěn)態(tài)強迫振動。而波浪的沖擊、火炮發(fā)射的后座力，拋錨等引起的激勵則是非周期性的其它激勵：船上安裝的發(fā)電機、電動機、通風(fēng)機、冷藏裝置、空調(diào)、舵機、起貨機和齒輪箱等各種機械設(shè)備，以及各種管道、泵，在運轉(zhuǎn)時都能產(chǎn)生機械、電磁和流體激勵。這些激勵幅值一殷較小，影響范圍不大，但其領(lǐng)率分布范圍很廣。若其中某一激勵頻率與船體某一結(jié)構(gòu)固有頻率相等或接近，則會激起該結(jié)構(gòu)共振。三、 船舶機械振動的控制根據(jù)機械動力學(xué)中不同自由度系統(tǒng)的振動將隔振裝置分為單層隔振系統(tǒng)和雙層隔振系統(tǒng)。單層隔振系統(tǒng)設(shè)備與基礎(chǔ)(或稱基座)之間通過具有較大彈性的隔振元件支撐，設(shè)備、基礎(chǔ)與具有較大彈性的隔振元件所組成的系統(tǒng)就稱為隔振系統(tǒng)。所謂單層隔振系統(tǒng)就是設(shè)備與基座之間只有1層隔振元件的隔振系統(tǒng)。單層隔振系統(tǒng)雖然形式簡單，但與其他復(fù)雜隔振系統(tǒng)一樣具備3種功用：一是當(dāng)設(shè)備本身是震源時，減小設(shè)備的振動和結(jié)構(gòu)噪聲向基礎(chǔ)的傳遞；二是當(dāng)設(shè)備不是振源時，減少基礎(chǔ)即周圍環(huán)境的振動和結(jié)構(gòu)噪聲向設(shè)備的傳遞；三是當(dāng)基礎(chǔ)收到較大的沖擊作用時，是設(shè)備的沖擊響應(yīng)和沖擊加速度處于允許的范圍之內(nèi)，從而保護設(shè)備。在初步設(shè)計階段可作為單自由度振動系統(tǒng)考慮，但在技術(shù)設(shè)計階段則應(yīng)將其當(dāng)做多自由度振動系統(tǒng)考慮。單層隔振系統(tǒng)簡化后，可分為2種情況。圖1.1中設(shè)備是振源，即質(zhì)點m上作用有簡諧激勵力F(t)=kf(t)=kAcos3t，隔振的目的是使系統(tǒng)中傳到基礎(chǔ)上的力幅與激勵力力幅之比即里的傳遞率盡量減小，此系統(tǒng)即積極隔振系統(tǒng)。圖1.2所示的情況是，設(shè)備本身不是振源，但基礎(chǔ)做簡諧運動y(t)=Ycos3t，隔振的目的是使設(shè)備的響應(yīng)x(t)=Xcos(?t-^)的幅值X與基礎(chǔ)簡諧運動幅值Y之比即運動傳遞率盡量小，此系統(tǒng)即所謂的消極隔振系統(tǒng)。尺頃dssfljf圖2.2尺頃dssfljf圖2.2單層消極B8振系貌圖AL單層積極隔振系統(tǒng)積極隔振系統(tǒng)的運動微分方程為⑴危(。+4。+虹Q)=F。將FQ)=kfkt)=Mco^i代入式(2.L1)并無量綱化犒王Q)+2敘底(2)+<^0)蘆oMcoS<jf式中系統(tǒng)的無廂尼自然頻率E式中系統(tǒng)的無廂尼自然頻率E￡= —粘滯阻用因子或阻尼率n消極隔振系統(tǒng)的信動微分方程為壬+2隊[壬")—火淳j+攜臭⑵一,")]—。式(2.1,2)的穩(wěn)態(tài)解為T(t)=|H(ty)|_Aeo$(d一6H(G= 4 1-(^\+i，2《但3) 穌2專絲甲=NH3=tan-- °^-￡1-(S)雙層隔振系統(tǒng)雙層隔振系統(tǒng)與單層隔振系統(tǒng)的主要區(qū)別是，采用兩層隔振器，并在兩層隔振器之間插入一個中間質(zhì)量塊。系統(tǒng)運動時，中間質(zhì)量塊的慣性力能平衡掉一部分由上層隔振器傳來的力，從而使隔振設(shè)備與幾座之間的里傳遞率減小。雙層隔振系統(tǒng)可簡化為如圖1.3所示的無阻尼2自由度系統(tǒng)。作如上簡化時假定：激勵力F(t)通過被振設(shè)備的質(zhì)量中心；上、下層隔振器都是對稱布置的，其剛度中心、質(zhì)量中心和幾何中心位于同一條鉛垂線上；忽略隔振器的阻尼，將被隔振設(shè)備