CN105170438B - 一种水下圆柱壳宽带激振的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下圆柱壳宽带激振的装置，包括电镐、激振杆、支架、四个减振器、风扇、底座、垫片和“U”形架，电镐通过“U”形架固定在支架上端，并且电镐的侧部和支架连接；支架包括四个底角，每个底角安装在一个减震器的顶部，四个减震器的底部安装在底座上；激振杆的一端安装在电镐的输出机构中，垫片安装在底座上，风扇安装在支架一侧。本发明装置的工作带宽仅取决于圆柱壳的固有频率，无工作带宽限制，具有附加质量效应小、激励力大、电能转换效率高的特点。

Description

一种水下圆柱壳宽带激振的装置

技术领域

本发明属于机械振动领域，尤其涉及一种水下圆柱壳宽带激振的装置。

背景技术

目前，水下大型圆柱壳的振动激励一般采用电磁激振器，考察在一段时间内，圆柱壳受强迫激励情况下的辐射噪声频谱特性，但在使用过程中还存在以下不足：一是电磁激振器属于谐振式激振器，工作带宽有限，为满足测试信噪比要求，往往单一频率使用，只能逐个频率考察圆柱壳的辐射噪声特性，进而计算出归一化力激振情况下的圆柱壳辐射噪声宽带特性，耗费时间较长；二是电磁激振器在使用时组成设备较多，操作过程繁琐，需要信号源和输出阻抗与电磁激振器输入阻抗相匹配的功率放大器，由于功率放大器的效率不高，电能损耗较大，造成电能转换效率低；三是电磁激振器属于惯性激振器，若要实现大力激振，则所需电磁激振器的质量和体积很大，工程安装时受到限制，电磁激振器所引起的较大附加质量效应是造成试验测试结果与理论计算结果之间有差别的主要原因之一；四是电磁激振器只是一个独立的器件，在对水下圆柱壳进行激振时，需要设计安装支架、激振杆等，同时还要考虑激振杆与圆柱壳之间的连接方式和激振杆的许用应力等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种激励力大、电能转换效率高的，水下圆柱壳宽带激振的装置。

一种水下圆柱壳宽带激振的装置，包括电镐、激振杆、支架、四个减振器、风扇、底座、垫片和“U”形架，

电镐通过“U”形架固定在支架上端，并且电镐的侧部和支架连接；支架包括四个底角，每个底角安装在一个减震器的顶部，四个减震器的底部安装在底座上；激振杆的一端安装在电镐的输出机构中，垫片安装在底座上，风扇安装在支架一侧。

本发明一种水下圆柱壳宽带激振的装置，还可以包括：

1、“U”形架中心与电镐顶端中心对齐。

2、风扇的风向输出对准电镐的输出机构。

3、激振杆在电镐中活塞的驱动下，以设定的频率锤击垫片；激振杆与垫片之间最大的活动距离为5mm。

有益效果：

本发明的有益之处是利用电镐现有的冲击结构，通过对激振杆进行淬火、将着力点改为弹簧钢片、限制激振杆的冲击范围，并采用风扇散热措施改变了电镐冲击力的不稳定问题；采用减振垫隔离了电镐中电机运行、活塞与气缸摩擦和风扇旋转所带来的额外振动影响；利用电镐中将旋转运动变为直线运动的机构和气缸中的活塞去周期性地推动激振杆，采用把运行中的激振杆瞬间停止措施，从而产生强大的冲击脉冲力，该过程是电镐中的电机以额定功率运行的，仅需220V交流电输入，无需其它辅助设备，不改变电压与电流的大小及相位差，电能转换效率高；由于不采用惯性激振，该水下圆柱壳宽带激振的装置的质量要比同类型的电磁激振器质量小，由此带来的附加质量效应更小；由于采用的是冲击脉冲力激振，该水下圆柱壳宽带激振的装置的工作带宽仅取决于圆柱壳的固有频率，没有带宽限制，同时激励力大，在水下进行圆柱壳辐射噪声频谱特性考察时满足声学远场条件要求和信噪比要求。

附图说明

图1水下圆柱壳宽带激振的装置结构示意图；

图2电镐示意图；

图3支架示意图；

图4激振杆示意图；

图5减振器示意图；

图6风扇示意图；

图7底座示意图；

图8“U”形架示意图；

图9试验测试结果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。

为克服现有电磁激振器在实现水下圆柱壳激振时存在的上述不足，本发明的目的是提供一种水下圆柱壳宽带激振的装置，以满足声学测试远场条件和信噪比要求；该水下圆柱壳宽带激振的装置是通过对电镐进行拆解和设计，改变了以往电镐只能手持进行敲击、破碎工作，由于使用时冲头每次对人手的反作用力是不一样的，造成了冲头和锤击物体之间的压实程度是不一样的，使得此次锤击和上次锤击之间冲头的行程是变化的，这造成了电镐的冲击脉冲力不稳定，该水下圆柱壳宽带激振的装置采用弹簧钢片作为冲头的着力点，并严格限制了冲头的往复距离，使电镐的冲击脉冲力趋于稳定；当电镐使用一段时间后，因为电镐的输出机构中气缸的活塞往复运动，使得活塞跟气缸摩擦、受热膨胀，活塞与气缸之间产生缝隙，造成漏气，这也造成电镐的冲击脉冲力不稳定，该水下圆柱壳宽带激振的装置采用工业风扇对电镐输出机构进行快速散热，气缸不会因为受热膨胀而漏气，使电镐的冲击脉冲力趋于稳定；电镐中电机运行、输出机构中活塞摩擦气缸和工业风扇的运行皆可产生振动，会影响到试验测试效果，该水下圆柱壳宽带激振的装置通过在安装电镐的支架和底座之间设置橡胶减振器，有效隔离了上述振动对圆柱壳辐射噪声特性的影响。

本发明所采用的技术方案是这样实现的：一种水下圆柱壳宽带激振的装置，如图1～图8所示，包括电镐、激振杆、支架、减振器、风扇、底座、垫片、“U”形架，其特征是：所述电镐由市场选用，拆掉顶端手柄和侧手柄，所述“U”形架的顶部开两个直径为6mm的通孔，通孔的位置对应于电镐顶端固定手柄的螺纹孔处，“U”形架的两侧各开一个直径为12mm的通孔，利用M5的内六角螺钉将“U”形架和电镐固定，所述支架上端开两个直径为12mm的通孔，中部开一个直径为14mm的通孔，四个底角各开一个直径为14mm的通孔，将电镐和“U”形架在支架顶部以M10的双头螺柱和自锁螺母固定，在支架的中部以M12的螺钉将电镐的侧部和支架进行固定，所述减振器由市场选用，减振器的顶部和支架的四个底角以M12的螺钉进行固定，所述激振杆安装在电镐的输出机构中，此时，“U”形架、电镐、支架、减振器和激振杆将成为一体结构，将“U”形架、电镐、支架、减振器和激振杆放置在所述底座上，以M10的螺钉穿过减振器底部的四个通孔，将减振器固定在底座上，所述垫片的两端各开一直径为12mm的通孔，垫片的中心位置对应激振杆的锤击位置，以M10的双头螺柱和自锁螺母将垫片和底座进行固定；所述风扇由市场选用，风扇边角的通孔对应的支架位置处，各开一个直径为5mm的孔，以M3的丝杠分别穿过支架和风扇，利用M3的螺母将风扇固定在支架上。

进一步，所述“U”形架顶部的通孔位置与电镐顶端的螺纹孔是对应的，“U”形架两侧的通孔位置与支架上端的通孔位置是对应的，所述支架侧部的通孔位置与电镐侧部螺纹孔位置是对应的，所述减振器底部的四个通孔位置与底座上安装减振器的螺纹孔位置是对应的，所述垫片上的通孔位置和底座上安装垫片上的通孔位置是对应的，所述支架侧部的通孔位置与风扇上的通孔位置是对应的。

进一步，所述激振杆需经淬火处理，在往复锤击垫片的过程中，不能有横向窜动。

一种水下圆柱壳宽带激振的装置，包括电镐1、激振杆2、支架3、减振器4、风扇5、底座6、垫片7，“U”形架8，“U”形架8以螺钉固定在电镐1上，所述电镐1和“U”形架8以双头螺柱和自锁螺母固定在支架3上，支架3和减振器4以螺钉固定，减振器4以螺钉固定在底座6上；激振杆2安装在电镐1的输出机构中；垫片7以双头螺柱和自锁螺母固定在底座6上；风扇5以丝杠和螺母固定在支架3上。

激振杆2在电镐1中活塞的驱动下，以一定的频率锤击垫片7；激振杆2与垫片7之间最大的活动距离为5mm。

减振器4为橡胶减振器，顶部为凸台结构，带有螺纹孔，底部为平面带凹台结构，在四个角上各有一个通孔。

风扇5为工业风扇，使用电压220V，额定功率40W，结构为长方体构造，在四个角上各有一个通孔，且风扇的风向对准电镐1的输出机构。

垫片7材质为弹簧钢，厚度10mm，规格65Si2Mn，并在两端各开一直径10mm的通孔。

固定支架3、底座6和“U”形架8的材质为钢，规格Q235-A。

激振杆2在往复冲击垫片7时，不能有横向窜动。

风扇5需要先于电镐1接通电源。

实施例1，本发明的一种水下圆柱壳宽带激振的装置，包括电镐1、激振杆2、支架3、减振器4、风扇5、底座6、垫片7、“U”形架8，所述电镐1采用上海锐奇工具有限公司专利产品，专利公开号CN300702672，电镐1拆掉顶端手柄和侧手柄，保留电镐1的电源接线，所述“U”形架8是钢条经钣金、折弯加工制成，宽度为3cm，厚度为3mm，将“U”形架8放置在电镐1顶端，“U”形架8中心与电镐1顶端中心对齐，在电镐1手柄固定所用螺纹孔处对应的“U”形架8位置处开两个直径为6mm的通孔，以M5的内六角螺钉通过通孔将“U”形架8和电镐1固定，“U”形架8的两端各开一直径12mm的通孔，所述支架3是以厚度为3mm、宽度为3cm的角钢为材料，经钣金、切割和焊接制造，将电镐1和“U”形架8放置在支架3上，在“U”形架8两端开孔对应的支架3位置处，各开一直径12mm的通孔，利用M10双头螺柱和自锁螺母，将“U”形架8和电镐1固定在支架3上，在电镐1侧手柄卡扣螺母所对应的支架3位置处，开一直径为14mm的通孔，以M12的螺钉和弹片将电镐1的侧部和支架3固定，至此，电镐1和“U”形架8就安装在支架3上；支架3的四个底角各开一直径14mm的通孔，所述减振器4采用扬州福康斯发电机有限公司的专利产品，专利号CN101841199，将减振器4顶部和支架3的底角以M12的螺钉固定，此时电镐1、支架3、减振器4、“U”形架8将成为一体；所述激振杆2是以电镐1所带的电镐头为材料，经淬火后，将电镐头头部切割、打磨，然后安装到电镐1的输出机构中，所述底座6是以厚度为1cm的钢板和直径2cm的钢棒为材料，经切割和焊接制造，将电镐1、激振杆2、支架3、减振器4、“U”形架8一并放置在底座6上，在减振器4底部通孔对应的底座6位置处，各开一直径为10mm的螺纹孔，利用M10螺钉将减振器4和底座6固定；所述垫片7放置在激振杆2冲击底座6的位置处，在垫片7的两端各开一直径为12mm通孔，将垫片7和底座6以M10的双头螺柱和自锁螺母进行固定；所述风扇5边角上通孔对应的支架3位置处，各开一直径为5mm的通孔，将风扇5和支架3以丝杠和螺母固定在一起，且安装在支架3的左侧，风扇5的风向输出对准电镐1的输出机构，对电镐1输出机构中的活塞和气缸进行降温冷却。

使用方法：先将风扇5通电，使风扇工作5s之后，接通电镐1的电源开关，电镐1开始工作，激振杆2将会持续往复冲击垫片7；在此期间需检查激振杆2是否横向窜动，如果有横向窜动，则需调节“U”形架8和支架3固定的双头螺柱和自锁螺母以及支架3中部的螺钉，增加或减少弹片的数量，确保激振杆2只能上下冲击垫片7；检查垫片7和激振杆2之间的最大活动距离，两者之间的最大活动距离应为5mm，如果最大活动距离大于5mm，则需换厚一点的垫片7或者换长一点的激振杆2，如果最大活动距离小于5mm，则需切割激振杆2。

工作原理：该水下圆柱壳宽带激振的装置安装至圆柱壳中，激振杆2在电镐1中活塞的驱动下，以50Hz频率往复锤击垫片7，垫片7将激振杆2的锤击力传递至底座6，底座6将锤击力传递至圆柱壳结构，锤击力是激振杆2在高速运行时，瞬间撞击至垫片7，然后激振杆2受垫片7的反弹力作用，重新回到电镐1中活塞的位置，受到活塞的驱动，继续去冲击垫片7，如此往复，由动量守恒定律可知，激振杆2由高速运动突然撞击垫片7而停止时，所产生的锤击力是巨大的，且该锤击力属于冲击脉冲力，圆柱壳在该冲击脉冲力的作用下发生受迫振动，由信号与系统、声学原理和结构振动与声辐射的知识可知，冲击脉冲力在时域为一个幅度大于1的δ函数，冲击脉冲力的频谱范围是从-∞至+∞，与圆柱壳结构的固有频率进行相乘积分后，便得到圆柱壳的冲击响应，对圆柱壳的冲击响应进行傅里叶变换，就得到了圆柱壳结构辐射噪声的频谱特性，该冲击脉冲力以50Hz频率进行重复，形成周期性的激振力，两次激振力之间的时间差为0.02s，可使圆柱壳的辐射噪声的频谱每隔0.02s就产生一次，对不同时刻圆柱壳辐射噪声的频谱进行累加、平均，便得到一段时间内圆柱壳受冲击脉冲力激励情况下的辐射噪声特性，此频谱特性清楚地表明了圆柱壳在不同频率下的振动状态，若结合圆柱壳表面振速的测量，就可以给出圆柱壳在单位力激振情况下的辐射噪声特性。

在本实施例中的所采用的电镐，额定功率为1100W，重量为6.5kg，冲击力可达3800N，安装在质量为10000kg的水下圆柱壳中，距离圆柱壳径向中心15m处的声压信号在不同频率处的信噪比大于20dB，由图9可以清楚看出圆柱壳在不同频率时的噪声辐射能力。

本发明公开了一种水下圆柱壳宽带激振的装置，包括电镐、激振杆、支架、减振器、风扇、底座、垫片和“U”形架，其特征在于：所述的激振杆安装在电镐中，所述“U”形架以螺钉固定在电镐上，电镐和“U”形架以双头螺柱和自锁螺母固定在支架上，所述支架和减振器以螺钉固定在一起，电镐、“U”形架、支架和减振器组成一体，以螺钉固定在底座上，所述垫片以双头螺柱和自锁螺母固定在底座上，所述风扇以丝杠和螺母固定在支架上，激振杆以一定的频率锤击垫片，垫片将锤击力传递至底座，实现冲击脉冲力激振，该水下圆柱壳宽带激振的装置的工作带宽仅取决于圆柱壳的固有频率，无工作带宽限制，具有附加质量效应小、激励力大、电能转换效率高的特点。

Claims (1)

1.一种水下圆柱壳宽带激振的装置，其特征在于：包括电镐、激振杆、支架、四个减振器、风扇、底座、弹簧钢垫片、“U”形架和圆柱形外壳，电镐通过“U”形架固定在支架上端，并且电镐的侧部和支架连接，风扇安装在支架一侧；支架包括四个底角，每个底角安装在一个减振器的顶部，四个减振器的底部安装在底座上；激振杆的一端安装在电镐的输出机构中，垫片安装在底座上；底座安装在圆柱壳上；电镐驱动激振杆往复运动冲击弹簧钢垫片，弹簧钢垫片获得冲击脉冲力，并将冲击脉冲力通过底座传递给圆柱壳，圆柱壳在冲击脉冲力激励下辐射宽带噪声；

所述的“U”形架中心与电镐顶端中心对齐；

所述的风扇的风向输出对准电镐的输出机构；

所述的激振杆在电镐中活塞的驱动下，以设定的频率锤击垫片；激振杆与垫片之间最大的活动距离为5mm。