浮筏隔振装置抗基础冲击的研究

　　前言

　　浮筏是船舶动力设备的一种双层隔振降噪装置,它在隔离机械设备的振动与结构噪声的同时,具有较轻的重量与较小安装空间的特点。在对浮筏装置进行评价时,与隔振性能同样重要的还有其抗冲击性能,这是由船舶浮筏装置的工作环境特点所决定的。关于浮筏装置的隔振,迄今已开展了广泛的研究,然而在其抗冲击性能的研究方面,理论与试验工作都有待深入。

　　船舶浮筏作为隔振装置所遇到的问题,例如多机组的混合效应以及筏体与基础的非刚性影响等,在面临冲击激励时同样存在,需要进行分析与研究。本文以浮筏隔振装置的抗基础冲击性能为对象,对其进行了理论分析与试验研究,探讨了船舶浮筏装置参数优化的方向。

　　1 浮筏隔振装置抗冲击性能分析

　　浮筏装置是双层隔振装置的一种延伸,两者在隔振性能方面有着许多相同的规律。为了考察其抗冲击特性,我们先从双层隔振装置开始进行分析。

　　受到基础冲击激励的双层隔振系统的力学模型如图1所示。图中,m1与m2分别代表隔振机组与中间筏体的质量,x1与x2为其坐标,取平衡位置作为坐标原点。k1与k2分别代表上层与下层隔振器的刚度。u表示基础的运动激励。于是,隔振系统的运动微分方程为

　　将隔振系统受到冲击的瞬时作为时间坐标的原点,将基础的初始速度记作。求解微分方程(2)可得x1与x2的解析式,即隔振机组m1与中间筏体m2的冲击响应。进一步计算可导出m1的最大加速度以及m2的最大位移即下层隔振器的最大变形量δ2m

式中,L与r分别为隔振系统上下两级的频率比与质量比,其定义为以及r=m2/m1。

　　(3)式中的在量纲上与加速度相同,且易于与上层隔振设备相联系;(4)式中的ÛumX2在量纲上与位移相同,且易于与下层隔振器的变形相联系,于是定义冲击加速度因子a=、冲击变形因子β=(1并且将(3)(4)两式简记为

　　以质量比r为参数,计算得到隔振机组的冲击加速度因子A以及下层隔振器的冲击变形因子B与频率比L的关系曲线,如图2与图3所示。由此可迅速估计隔振系统的最大冲击响应

　　从图2可见,为减小隔振机组的最大冲击加速度,可通过减小质量比r以及减小频率比L来实现。这两者虽然是矛盾的,但从工程实际的角度,质量比r难以作大幅度调整,减小频率比u是可行的,且与隔振设计要求相一致。由图3 冲击变形因子B与频率比u的关系于浮筏装置的质量比低于通常的双层隔振装置,可以预计,浮筏的抗冲击性能将优于双层隔振装置。