CN103708016A - 一种切换设备连接方式的抗冲击装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切换设备连接方式的抗冲击装置，包括设置在船体基础与船用动力设备之间的弹性隔振器，船体基础上设置有与DSP控制器连接的加速度传感器，弹性隔振器与船用动力设备之间由气缸相连，气缸包括缸体、活塞和活塞杆，活塞杆从缸体的上端伸出，与船用动力设备固定连接，缸体的下端与弹性隔振器固定连接；缸体的下部侧壁设置有充气孔和排气孔，排气孔由与DSP控制器连接的电磁阀控制开和关。本发明能够自动判断系统为振动状态还是冲击状态；具有良好的抗冲击性能和隔振性能；在冲击作用下有效降低设备的冲击加速度幅值；冲击载荷作用下可降低船体基础与被隔离设备的相对位移；且系统相应速度快，能够及时抗冲。

Description

一种切换设备连接方式的抗冲击装置

技术领域

本发明涉及船舶设备抗冲击领域，具体地指一种切换设备连接方式的抗冲击装置。

背景技术

船舶和船舶设备在其服役期间，不可避免地会面临冲击问题，而船舶设备冲击安全性的强弱将直接关系到船舶在战争中的战斗力和生命力。随着现代军事技术的发展，武器爆炸产生的冲击当量、冲击持续时间明显增加，对于船用动力设备的威胁也更加严重。即使在和平时期，由于巡航引起的碰撞冲击也可能对船舶、特别是对船用动力设备造成很大的危害。在这样的背景下，提高船用动力设备的冲击隔离性能已经成为保障现代船舶生命力的迫切需求。

传统的设计方法为先进行隔振设计，再进行抗冲击校核。然而，在设计时受到结构的限制，使得隔振器的隔振性能比较理想，而抗冲击性能却往往不能满足实际要求。目前，为了改善隔振系统的抗冲击性能，在实际工程中一般采用在隔振系统中安装限位器的方法，但同时引入了新的问题：如船用动力设备在受到冲击作用碰到限位器时会产生二次冲击，使得冲击过程变成复杂的非线性问题，增加了研究难度。

针对上述问题，目前我国还没有比较理想的抗冲击元器件；能够同时满足限定船用动力设备的绝对加速度幅值（简称绝对加速度幅值）和船用动力设备与船体基础之间的相对位移幅值（简称相对位移幅值）的抗冲击装置仍处于空白阶段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能满足同时降低绝对加速度响应幅值和相对位移幅值的切换设备连接方式的抗冲击装置和方法，使隔振系统所受到的冲击作用能够及时地被检测到和最大限度地被削弱。

为实现上述目的，本发明所设计的一种切换设备连接方式的抗冲击装置，包括设置在船体基础与船用动力设备之间的弹性隔振器，所述船体基础上设置有与DSP控制器电连接的加速度传感器，其特殊之处在于，所述弹性隔振器与船用动力设备之间由气缸相连，所述气缸包括缸体、活塞和活塞杆，所述活塞杆从缸体的上端伸出，与船用动力设备固定连接，所述缸体的下端与弹性隔振器固定连接；所述缸体的下部侧壁设置有充气孔和排气孔，所述排气孔由与DSP控制器电连接的电磁阀控制开和关。

进一步地，所述缸体顶部设置有缸体顶盖，所述活塞杆通过缸体顶盖中心的穿孔与船用动力设备固定连接。

更进一步地，所述活塞侧面与外筒体内壁相接触部位设置有密封圈和导向带。密封圈为格莱圈，有利于加强活塞与气缸内的密封性。导向带有利于活塞的导向。

更进一步地，在所述缸体内腔顶部与底部设置有减震橡胶块。减震橡胶块的设置使活塞运动到气缸顶部和底部时起到缓冲的作用。

更进一步地，所述DSP控制器通过恒流源电路与电磁阀和充气机相连，所述充气机通过充气孔向气缸内充气。DSP控制器控制恒流源电路为电磁阀和充气机提供相应的控制电压。

更进一步地，所述电磁阀与排气孔均为四个，所述电磁阀与排气孔一一对应。电磁阀开关与排气孔一一对应提高了对排气孔的控制响应速度。

更进一步地，所述活塞在气缸内的活塞行程为3～10mm。可根据隔振系统的参数设定活塞在气缸内的行程。

该发明的设计原理为：当DSP控制器接收到由加速度传感器传送的加速度值小于限定值时，认为船体基础处于振动状态，被隔离设备与抗冲击装置由气缸保持刚性连接，不影响系统原有的振动隔离性能；当接收到加速度传感器的加速度值大于限定值时，认为船体基础处于冲击状态，气缸将被隔离设备与船体基础的连接断开，使被隔离设备处于自由落体状态；当冲击作用结束后，充气机给气缸充气，使气缸的活塞恢复至气缸顶部，被隔离设备与抗冲击装置再次保持刚性连接，直至下一次冲击的到来。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）能够自动判断系统的工作状态，是处于振动状态还是冲击状态；（2）具有良好的抗冲击性能和隔振性能；（3）在冲击载荷作用下有效降低设备的冲击加速度幅值；（4）冲击载荷作用下可降低船体基础与被隔离设备的相对位移；（5）采用DSP控制器，其卓越的运算速度使得系统反应时间很短，能够及时抗冲。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中气缸的结构示意图。

图中：1.船体基础，2.弹性隔振器，3.气缸，3A.活塞杆，3B.活塞，3C.缸体，3D.充气孔，3E.排气孔，3F.缸体顶盖，3G.密封圈，3H.导向带，3I.减震橡胶块，4.船用动力设备，5.DSP控制器，6.加速度传感器，7.恒流源电路，8.电磁阀，9.充气机，a.船体基础加速度值，h.活塞行程。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1和图2所示，本发明一种切换设备连接方式的抗冲击装置，包括设置在船体基础1与船用动力设备4之间的弹性隔振器2，船体基础1上设置有与DSP控制器5连接的加速度传感器6，弹性隔振器2与船用动力设备4之间由气缸3相连，气缸3包括缸体3C、活塞3B和活塞杆3A，缸体3C的下端与弹性隔振器2螺纹固定连接。缸体3C顶部设置有缸体顶盖3F，活塞杆3A通过缸体顶盖3F中心的穿孔与船用动力设备4螺纹固定连接。活塞3B在气缸3内的活塞行程h为3～10mm。活塞3B侧面与缸体3C相接触部位设置有密封圈3G和导向带，密封环3G为具有上下导向带的格莱圈密封环。缸体3F内腔顶部与底部设置有减震橡胶块3H。缸体3C的下部侧壁设置有充气孔3D和排气孔3E，排气孔3E由与DSP控制器5连接的电磁阀8控制开合和关闭。电磁阀8与排气孔3E均为四个，电磁阀8与排气孔3E一一对应。DSP控制器5通过恒流源电路7与电磁阀8和充气机9相连，充气机9通过充气孔3D向气缸3内充气。

本发明工作原理如下：DSP控制器5根据船用动力设备4的额定质量驱动充气机9向气缸3内充入相应压强的气体，活塞3B受气缸3内气压的作用带动活塞杆3A向上运动至气缸3D顶部，气缸3内的气压为船用动力设备4重量的C倍，保证活塞3B在设备正常振动下不发生位移；加速度传感器6获取船体基础1加速度值a并传送给DSP控制器5，当船体基础1受到冲击时，船体基础1加速度a值瞬间增大；当DSP控制器5接收到的船体基础1加速度值a大于限定值时，启动电磁阀8，电磁阀8开启排气孔3H，气缸3内的气压迅速下降至一个大气压；活塞杆3A受到船舶设备4的重力作用带动活塞3B向下运动，而缸体3C受到弹性隔振器2传递的冲击载荷向上运动，活塞3B行程为h；船舶设备4作自由落体运动，避开了船体基础1所受的冲击力的作用。

关于气缸3内压强的计算，当船体基础1未受到冲击时，气缸3内的压强P主要由支撑的船舶设备4的质量m和气缸3缸体横截面积S决定。计算公式如下：

$P=C\frac{\mathrm{mg}}{S}+P_0$

式中g为重力加速度，P₀为大气压强，C为常数，船舶设备质量越大，C越小，船舶质量越小，C越大，一般C取值2～5。

例如，船用动力设备4的质量为m=100kg，气缸3内径r=0.05m，C=3，大气压强P0=1.013×10⁵Pa，则没有受到冲击作用时，缸体内的压强P为

$P=3\frac{\mathrm{mg}}{S}+P_0=3\×\frac{100\×9.8}{3.14\×{0.05}^2}+1.013\×{10}^5=4.75\×{10}^5\mathrm{Pa}$

则充气机9应向气缸3内充入4.75×10⁵Pa的气体。

关于加速度限定值的设定原则，加速度限定值主要根据具体的冲击环境和设备的抗冲击能力确定。例如某型船舶设备正常工作时会产生一定的振动，假设由此振动产生的船体基础的振动加速度为A₁=10m/s²，则限定值取A₂=C₂×A₁，C₂一般取值为3～5。本例取C₂=3，则限定值A₂=30m/s²，即如果船体基础1加速度a小于30m/s²，认为船体基础1未受到冲击，如果船体基础1加速度a大于30m/s²，则认为船体基础1受到冲击。

关于活塞行程h的设定，活塞行程h为船舶设备4自由落体高度与缸体3C受冲击作用向上瞬时运动位移之和，其计算公式为：

$h=\frac{1}{2}{\mathrm{gt}}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{At}}^2$

式中，g为重力加速度，t为冲击作用持续时间，A为冲击加速度幅值。

实船水下爆炸冲击试验结果表明，船舶各典型部位的冲击响应，在初期的几毫秒至二、三十毫秒范围内，加速度值很大。例如，假设系统遭受加速度峰值A为10g，冲击作用时间为10ms的半正弦激励，则最佳自由落体高度h为

$h=\frac{1}{2}{\mathrm{gt}}^2+\frac{1}{2}{\mathrm{At}}^2=\frac{1}{2}\×9.8\×{0.01}^2+\frac{1}{2}\×10\×9.8\×{0.01}^2=5.4\mathrm{mm}$

本发明所设计的一种切换设备连接方式的抗冲击装置在冲击载荷来临时，让被隔离设备与抗冲击装置断开几毫秒至二、三十毫秒，使被隔离设备处于自由落体运动状态，最大限度地避开原本由基础经抗冲击装置传到被隔离设备的冲击载荷，这部分能量由抗冲击装置自己消耗掉。

Claims (7)

1.一种切换设备连接方式的抗冲击装置，包括设置在船体基础（1）与船用动力设备（4）之间的弹性隔振器（2），所述船体基础（1）上设置有与DSP控制器（5）电连接的加速度传感器（6），其特征在于：所述弹性隔振器（2）与船用动力设备（4）之间由气缸（3）相连，所述气缸（3）包括缸体（3C）、活塞（3B）和活塞杆（3A），所述活塞杆（3A）从缸体（3C）的上端伸出，与船用动力设备（4）固定连接，所述缸体（3C）的下端与弹性隔振器（2）固定连接；所述缸体（3C）的下部设置有充气孔（3D）和排气孔（3E），所述排气孔（3E）由与DSP控制器（5）电连接的电磁阀（8）控制开和关。

2.根据权利要求1所述的一种切换设备连接方式的抗冲击装置，其特征在于：所述缸体（3C）顶部设置有缸体顶盖（3F），所述活塞杆（3A）通过缸体顶盖（3F）中心的穿孔与船用动力设备（4）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种切换设备连接方式的抗冲击装置，其特征在于：所述活塞（3B）侧面与缸体（3C）相接触部位设置有密封圈（3G）和导向带（3H）。

4.根据权利要求1所述的一种切换设备连接方式的抗冲击装置，其特征在于：在所述缸体（3F）内腔顶部与底部设置有减震橡胶块（3I）。

5.根据权利要求1所述的一种切换设备连接方式的抗冲击装置，其特征在于：所述DSP控制器（5）通过恒流源电路（7）与电磁阀（8）和充气机（9）相连，所述充气机（9）通过充气孔（3D）向气缸（3）内充气。

6.根据权利要求1所述的一种切换设备连接方式的抗冲击装置，其特征在于：所述电磁阀（8）与排气孔（3E）均为四个，所述电磁阀（8）与排气孔（3E）一一对应。

7.根据权利要求1所述的一种切换设备连接方式的抗冲击装置，其特征在于：所述活塞（3B）在气缸（3）内的活塞行程（h）为3～10mm。

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