船舶機(jī)械振動(dòng)

、船舶工業(yè)背景隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加速，海上運(yùn)輸量迅猛增長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有90%的貨物貿(mào)易是通過(guò)海上運(yùn)輸完成的，日益繁忙的海上交通以及海上人命、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境等因素的影響，促使海上運(yùn)輸船舶向大型化、專(zhuān)業(yè)化、快速化、自動(dòng)化發(fā)展，使之成為安全高效的運(yùn)輸工具。二、 船舶機(jī)械振動(dòng)的危害及原因1.危害使船體結(jié)構(gòu)或機(jī)械部件在應(yīng)力過(guò)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(lèi)型機(jī)械振動(dòng)是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象。船舶機(jī)械振動(dòng)主要包括周期性激勵(lì)振動(dòng)和非周期性激勵(lì)振動(dòng)。其中螺旋槳和主機(jī)，它們以不同的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都將激起周期性激勵(lì)，使船體發(fā)生穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)。而波浪的沖擊、火炮發(fā)射的后座力，拋錨等引起的激勵(lì)則是非周期性的其它激勵(lì)：船上安裝的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、冷藏裝置、空調(diào)、舵機(jī)、起貨機(jī)和齒輪箱等各種機(jī)械設(shè)備，以及各種管道、泵，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都能產(chǎn)生機(jī)械、電磁和流體激勵(lì)。這些激勵(lì)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(lì)頻率與船體某一結(jié)構(gòu)固有頻率相等或接近，則會(huì)激起該結(jié)構(gòu)共振。三、 船舶機(jī)械振動(dòng)的控制根據(jù)機(jī)械動(dòng)力學(xué)中不同自由度系統(tǒng)的振動(dòng)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(chēng)基座)之間通過(guò)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(chēng)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(jiǎn)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(shí)，減小設(shè)備的振動(dòng)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(shí)，減少基礎(chǔ)即周?chē)h(huán)境的振動(dòng)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(shí)，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(hù)設(shè)備。在初步設(shè)計(jì)階段可作為單自由度振動(dòng)系統(tǒng)考慮，但在技術(shù)設(shè)計(jì)階段則應(yīng)將其當(dāng)做多自由度振動(dòng)系統(tǒng)考慮。單層隔振系統(tǒng)簡(jiǎn)化后，可分為2種情況。圖1.1中設(shè)備是振源，即質(zhì)點(diǎn)m上作用有簡(jiǎn)諧激勵(lì)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(lì)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)幅值Y之比即運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)微分方程為⑴危(。+4。+虹Q)=F。將FQ)=kfkt)=Mco^i代入式(2.L1)并無(wú)量綱化犒王Q)+2敘底(2)+<^0)蘆oMcoS<jf式中系統(tǒng)的無(wú)廂尼自然頻率E式中系統(tǒng)的無(wú)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(dòng)微分方程為壬+2隊(duì)[壬")—火淳j+攜臭⑵一,")]—。式(2.1,2)的穩(wěn)態(tài)解為T(mén)(t)=|H(ty)|_Aeo$(d一6H(G= 4 1-(^\+i，2《但3) 穌2專(zhuān)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(gè)中間質(zhì)量塊。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(lái)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(jiǎn)化為如圖1.3所示的無(wú)阻尼2自由度系統(tǒng)。作如上簡(jiǎn)化時(shí)假定：激勵(lì)力F(t)通過(guò)被振設(shè)備的質(zhì)量中心；上、下層隔振器都是對(duì)稱(chēng)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(xiàn)上；忽略隔振器的阻尼，將被隔振設(shè)備