動(dòng)力機(jī)械減振設(shè)計(jì)性能預(yù)測(cè)及評(píng)估

俞樹斌

摘 要：減震技術(shù)在動(dòng)力機(jī)械中的應(yīng)用能夠減少機(jī)械的磨損，增加機(jī)械的使用壽命。由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，隔振技術(shù)也出現(xiàn)了很大的發(fā)展，原有的單層隔振技術(shù)已經(jīng)提高為雙層隔振，甚至出現(xiàn)了浮筏隔振技術(shù)。本文研發(fā)可以進(jìn)行隔振、吸振計(jì)算的軟件，目的是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)船舶動(dòng)力機(jī)械的減振設(shè)計(jì)是否合理，是否能產(chǎn)生良好的減振效果。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力機(jī)械；減震設(shè)計(jì)；性能預(yù)測(cè)

有害的震動(dòng)不僅影響機(jī)械的性能，而且減少機(jī)械的使用壽命，對(duì)于動(dòng)力機(jī)械減震設(shè)計(jì)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，利于有針對(duì)性的減少動(dòng)力機(jī)械的有害震動(dòng)，提高其使用壽命。

1 動(dòng)力機(jī)械減震措施

根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，生活中充滿了各種有害振動(dòng)。為了減少有害振動(dòng)的危害，人們深入研究了不同工程領(lǐng)域的有害振動(dòng)，并提出了控制有害振動(dòng)的多種措施。減小有害振動(dòng)，即采用一定的技術(shù)手段，使振動(dòng)物的振動(dòng)水平保持在合理范圍之內(nèi)。振動(dòng)控制工程中時(shí)常會(huì)用到吸振、阻振和隔振三種措施。

隔振技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用最廣。隔振，顧名思義，就是將一定的彈性物設(shè)置在物體與支承面中間，從而將振動(dòng)隔離。從振源角度對(duì)隔振的類型進(jìn)行劃分，它包括兩種類型：一是使發(fā)生在物體身上的激振力不向支承面?zhèn)鲗?dǎo)，振源為機(jī)器，這種隔振方式被稱之為積極隔振；二是通過(guò)一定的手段使支承面的振動(dòng)不向被支承物體的方向傳動(dòng)，振源為支承面，這種隔振方式被稱之為消極隔振。

2 動(dòng)隔離的基本原理

目前，各種類型的彈性安裝支承已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在船舶建造中的柴油機(jī)裝置，且取得了良好的隔振效果，將噪聲控制在合理范圍之內(nèi)。

在多種振動(dòng)隔離方式中，單層隔振系統(tǒng)最簡(jiǎn)單，從理論角度來(lái)分析，當(dāng)外干擾力頻率比隔振系統(tǒng)本身所具有的頻率高出2倍時(shí)，隔振效果就會(huì)很明顯。頻率值與隔振效果之間呈正相關(guān)性，頻率越高，隔振效果越明顯。但從實(shí)際隔振效果來(lái)看，由于隔振器的頻段高，隔振器內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)駐波，形成駐波效應(yīng)。在高頻振動(dòng)的作用下，支承物邊緣產(chǎn)生振動(dòng)，且隨著振動(dòng)頻率的提高，隔振器剛度也會(huì)隨之增加。當(dāng)單層隔振處于高頻段時(shí)，它的衰減值就會(huì)大幅減小，我們?cè)購(gòu)睦碚摻嵌确治鲭p層隔振系統(tǒng)，雙層隔振系統(tǒng)的傳遞頻率為-24dB每倍頻程，比單層振動(dòng)的12dB每倍頻程降低了一倍，因此機(jī)組傳向船體的振動(dòng)會(huì)大幅減少。正是因?yàn)殡p層隔振系統(tǒng)能有效隔離振動(dòng)，消除噪聲，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于船舶動(dòng)力裝置中。如今，在單個(gè)機(jī)組的雙層隔振裝置基礎(chǔ)上，研發(fā)人員又研發(fā)了只有一個(gè)中間基座的多臺(tái)機(jī)組雙層隔振系統(tǒng)，這種裝置被人們稱之為“浮筏”。

由于人們一般只能了解到隔振系統(tǒng)的局部坐標(biāo)中的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣，人們計(jì)算坐標(biāo)共同點(diǎn)時(shí)的計(jì)算過(guò)程相當(dāng)繁瑣，因此人們將歐拉角的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法用于共同坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程，在轉(zhuǎn)換矩陣中結(jié)合力、力矩角位移來(lái)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化局部坐標(biāo)下的參量為選定坐標(biāo)參量。

3 隔振效果評(píng)估指標(biāo)

隔振系統(tǒng)通過(guò)減少振動(dòng)達(dá)到消除噪聲的目的。在實(shí)際工程裝置中的隔振設(shè)計(jì)中，人們通常會(huì)對(duì)控制振動(dòng)對(duì)象的振動(dòng)減少量表現(xiàn)得很關(guān)注。人們通常會(huì)針對(duì)隔振效率來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，因此效果評(píng)估體系中最關(guān)鍵、最核心的內(nèi)容是確定評(píng)估效果指標(biāo)。一整套效果評(píng)估體系的內(nèi)容最少需要包含兩種：一是從理論的角度對(duì)隔振系統(tǒng)展開分析，預(yù)測(cè)隔振效果；二是實(shí)際測(cè)定隔振系統(tǒng)的隔振效果。

當(dāng)某一結(jié)構(gòu)下的振動(dòng)通過(guò)隔振器或隔振材料向另一結(jié)構(gòu)傳遞時(shí)，振動(dòng)速度、振動(dòng)的力以及位移都會(huì)發(fā)生變動(dòng)，我們可以用傳遞系數(shù)來(lái)表達(dá)這種振動(dòng)。人們一般通過(guò)傳遞系數(shù)來(lái)描述隔振效果，隔振系數(shù)為經(jīng)隔振器傳遞的穩(wěn)定的力值與激振力值之比，即力的傳遞率；也可以是經(jīng)隔振器傳遞的位移量和激勵(lì)幅值之比，即位移傳遞率。當(dāng)前，人們經(jīng)常使用如下幾種隔振效果評(píng)估指標(biāo)描述隔振效果。（1）力傳遞率。作為隔振效果評(píng)估指標(biāo)的力傳遞率，出現(xiàn)和使用時(shí)間最早，它是經(jīng)隔振器傳遞的穩(wěn)定的力值與激振力值之比；（2）插入損失。剛性安裝時(shí)基礎(chǔ)響應(yīng)與彈性安裝時(shí)基礎(chǔ)響應(yīng)之間的比值，插入損失包括速度插入損失、位移插入損失，還包括加速度插入損失；（3）振級(jí)落差。彈性安裝下的隔振器上振動(dòng)響應(yīng)與下振動(dòng)響應(yīng)之間的比值。

4 動(dòng)被動(dòng)控制通用計(jì)算軟件開發(fā)

計(jì)算人員在計(jì)算隔振系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，經(jīng)常會(huì)依據(jù)結(jié)構(gòu)編制下的具體結(jié)構(gòu)的計(jì)算程序來(lái)計(jì)算，有時(shí)候也會(huì)在計(jì)算過(guò)程中采用商業(yè)軟件進(jìn)行。依據(jù)具體結(jié)構(gòu)的計(jì)算程序來(lái)計(jì)算的工作量相對(duì)較少，可是不同的結(jié)構(gòu)要配備不同的程序，因此這種方法會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)資源的現(xiàn)象。如果采用商業(yè)軟件來(lái)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度高，可是這要求工程人員必須熟練掌握軟件操作。為了避免出現(xiàn)以上問(wèn)題，既要操作簡(jiǎn)單，又要準(zhǔn)確計(jì)算出任何系統(tǒng)的振動(dòng)特性，需要開發(fā)出一款通用的計(jì)算軟件。

4.1 軟件開發(fā)平臺(tái)

利用MATLAB開發(fā)核心程序，程序界面采用vc++來(lái)進(jìn)行，二者的有效結(jié)合能實(shí)現(xiàn)變成效率的提升。研發(fā)人員可以將COM組件運(yùn)用于兩種語(yǔ)言的混合編程。在組件對(duì)象模型中，發(fā)布對(duì)象為組件。該模型下的工作標(biāo)準(zhǔn)可以共享二進(jìn)制代碼，只要程序符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，便具備了訪問(wèn)的資格。因此，COM組件可以十分便捷地應(yīng)用于兩種語(yǔ)言的協(xié)作開發(fā)。

4.2 軟件界面的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

由于計(jì)算隔振系統(tǒng)隔振吸振過(guò)程會(huì)有大量數(shù)據(jù)的輸出與輸入，以及圖像的生成等，因此界面編寫時(shí)應(yīng)體現(xiàn)以下幾點(diǎn)：（1）操作界面要簡(jiǎn)潔、易操作，同時(shí)還要友好。操作界面包括對(duì)話框、菜單欄、輸入數(shù)據(jù)區(qū)，包括工具欄、查看數(shù)據(jù)區(qū)，還包括圖形顯示區(qū)與數(shù)據(jù)保存區(qū)；（2）有效解決數(shù)據(jù)輸入問(wèn)題，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理；（3）有效解決隔振、吸振過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)計(jì)算問(wèn)題；（4）具有文檔功能，所有的輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)都可以完好保存下來(lái)。

5 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)力機(jī)械減震設(shè)計(jì)有利于減少有害震動(dòng)，增加機(jī)械的使用壽命，提高機(jī)械使用的安全性。對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，有利于對(duì)整體機(jī)械的安全性進(jìn)行掌握，進(jìn)而有針對(duì)性的采取措施，減少有害震動(dòng)。

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