CN107458569B - 一种减摇减振的船舶主机基座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减摇减振的船舶主机基座，包括液压管、液压接头、支承架、下层底座与液压弹性组件。主机的振动通过上层支撑件传递至液压弹性组件，从而消除了大部分振动，主机输出轴颠覆力矩与船体横摇共同作用产生的扭矩传递到液压弹性组件，会使相连接的两个液压腔内液体流动从而调节主机基座的扭转刚度，从而减小主机的摇摆程度，减少主机输出轴的相对变形，提高轴系可靠性，本发明的主机基座采用模块化安装，便于工程应用。

Description

一种减摇减振的船舶主机基座

技术领域

本发明涉及一种船舶主机基座，特别涉及一种同时具有减摇和减振功能的船舶主机基座，属于船舶制造技术领域。

背景技术

目前，船舶主机工作时产生的振动会通过基座向船体传递，是造成船体振动的主要因素，船体的振动会缩减船用设备的寿命，并且对船上工作人员的健康造成严重危害，长期工作在振动环境下易引发身体不适。船舶主机基座和弹性支撑是降低主机振动的关键，减少主机振动向船体传递，从而提高船体安全，改善船员工作环境。

由于船舶主机基座通过弹性支撑进行隔振，而主机在运行过程中会产生颠覆力矩，颠覆力矩作用于非刚性的弹性支撑上，会引起船舶主机的摇摆。

此外，船舶航行过程中会由于风浪作用，还会产生船体摇摆，船体摇摆产生的力矩也会通过基座传递到主机，在主机颠覆力矩和船体摇摆力矩的共同作用下，使得主机在工作过程中还会产生更大程度的摇摆，这种摇摆会导致主机弹性支撑件和输出轴的相对变形，影响船舶轴系的对中，降低工作可靠性。

申请号为CN201410289796.7，名称为“基于静音技术和弹性减震的船舶主机基座”的发明专利，公开了一种基于静音技术和弹性减振的船舶主机基座，包括两组上层支撑肘板组件、间隔设置在两组上层支撑肘板组件和下层支撑肘板组件之间的多个弹性减振支撑件和下层支撑肘板组件。上层支撑肘板组件包括条形面板、多块上层支撑肘板、支撑角钢和上立板，下层支撑肘板组件包括两根工字型材、多块下层支撑肘板、多块外横筋板和多块外立板。该发明结构紧凑、制造方便，船舶主机工作时产生的振动通过条形面板向下传递到支撑角钢、上层支撑肘板，最后通过弹性减振支撑件消除大部分振动。然而，该发明虽然能减少一定量主机工作时的振动传递，但是却不能降低主机工作过程中的摇摆，不能控制输出轴的相对变形，亦不能改善船舶轴系的对中，所以工程实用价值受到一定限制。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种减摇减振的船舶主机基座。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种减摇减振的船舶主机基座，包括支承架3、液压弹性组件10与下层底座9，其特征在于，所述下层底座9上左右对称设置有两组液压弹性组件10，每组液压弹性组件包括若干个液压弹性装置4，每个液压弹性装置4包括沿振动方向叠加设置的两个弹性单元，所述弹性单元通过液压管1彼此对应连接，从而保证液压流体的流通；所述支承架3的顶板上放置有主机6，底板固定在液压弹性装置4的上下两个弹性单元之间；当主机6产生振动时，振动通过支撑架3传递至所述液压弹性组件10，所述液压弹性组件10通过弹性单元的弹性和阻尼作用消除振动；当主机产生摇摆时，所述液压弹性组件10通过各液压弹性装置4间液压流体的流动从而抵消摇摆。

进一步的，所述液压弹性装置4的弹性单元包括液压橡胶41、液压底板44、夹层板47、夹层橡胶48与夹层顶板49；所述液压底板44与夹层板47之间设置有液压橡胶41；所述夹层板47之间设置有所述夹层橡胶48；所述夹层板47与夹层顶板49之间设置有所述夹层橡胶48。

进一步的，所述液压橡胶41与夹层橡胶48通过硫化连接或粘结实现固定；所述液压橡胶41与夹层橡胶48的材料为粘弹性高分子材料，邵氏硬度为45HD～75HD。

进一步的，所述液压橡胶41与液压底板44接触一面为凹陷的曲面，所述曲面为球面或椭球面；所述液压橡胶41与液压底板44之间形成的空腔为液压腔。

进一步的，所述液压底板44上设有液压通孔，所述液压通孔一端连通所述液压腔，另一端连接液压接头2，所述液压接头2连接液压管1。

进一步的，所述液压通孔包括横向液压通孔42与纵向液压盲孔43，所述横向液压通孔42一端连接液压接头2，其另一端连接液压控制阀6；所述纵向液压盲孔43从横向液压通孔42向所述液压腔的方向延伸，并且所述纵向液压盲孔43连通所述液压腔。

进一步的，其特征在于，每组液压弹性组件的第一弹性单元的连接板与第二弹性单元的连接板分别固定在所述支承架3的底板的两面；所述第二弹性单元的液压底板44固定在所述下层底座9；所述第一弹性单元与第二弹性单元通过连接板46实现刚性连接；所述连接板46的一端固定在第一弹性单元的液压底板44，其另一端固定在第二弹性单元的液压底板44。

进一步的，所述支承架3的顶板相对于第一弹性单元的夹层顶板49高出6-10mm。

进一步的，每组液压弹性组件10包括4个液压弹性装置4；平行设置的两组液压弹性组件10的各液压弹性装置4对应布置。

进一步的，所述液压弹性装置4的第一弹性单元通过液压管1连接与其对应的液压弹性装置的第二弹性单元；所述液压弹性装置4的第二弹性单元通过液压管1连接与其对应的液压弹性装置的第一弹性单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：1.由于采用模块化设计，可以随时更换损坏零件，所以生产周期缩减了30％，尤其是液压弹性组件，上、下的液压弹性组件结构一样，可以相互替代，因此降低了使用成本；2.主机工作时产生的振动传递至上层支撑件，再传递至液压弹性组件，液压弹性组件作为减振关键组件，能消除30％～70％的振动，从而提高了主机的使用寿命，缓解了恶劣的工作环境，从而减小了恶劣环境对船员健康的危害，所以本发明有很好的使用前景；3.船舶主机由于输出轴的颠覆力矩和船体摇摆产生的摇摆传递至上层支撑件，再传递至液压弹性组件，液压弹性组件作为减摇关键组件，会使得斜对着的两个液压腔内流动而调节基座扭转刚度，从而能消除30％～70％的摇摆，从而提高了船舶主机工作的稳定性，也使得主机的轴系的对中更加精确，减小了主机弹性支撑件和输出轴的相对变形，因此本发明具有较高的工程应用价值；4.本发明亦可用在陆用柴油发电机组或其他柴油机的减振减摇，甚至是用于一些大型流体机械和起重机械上，所以本发明具有良好的市场拓展价值。

附图说明

图1是本发明的结构构造示意图；

图2是本发明A向剖视图；

图3是液压弹性组件B向剖视图；

图4是液压弹性组件三维图；

图5是液压底板三维图；

图6是上层支撑件横向剖视断面图。

图中：1为液压管；2为液压接头；3为支承架；4为液压弹性装置；41为液压橡胶；42为横向液压通孔；43为纵向液压盲孔；44为液压底板；45为螺栓A；46为连接板；47为夹层板；48为夹层橡胶；49为夹层顶板；5为液压控制阀；6为主机；7为螺栓B；8为螺栓C；9为下层底座；10为液压弹性组件。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。

如图1所示，一种减摇减振的船舶主机基座，包括支承架3、下层底座9与液压弹性组件10。下层底座9具有两排平行的支撑平台用于固定安装液压弹性组件10，液压弹性组件10平行并排布置，每一组液压弹性组件10包括4个液压弹性装置4。支承架3横跨安装在液压弹性组件10上，船舶主机6放置在支撑架3的顶板上。当主机6产生振动或摇摆时，通过支撑架3传递至液压弹性组件10，并通过液压弹性组件10抵消振动或者摇摆。

如图2所示，每个液压弹性装置4包括两个液压弹性单元，两个弹性单元沿振动方向叠加设置。支承架3的底板固定在两个液压弹性单元之间，具体固定位置为两个弹性单元的接合处。因此，当主机6产生振动或摇摆时，主机总是通过支承架3压迫其底板下方的第二弹性单元。液压弹性装置4通过螺钉紧固在下层底座9的支撑台面上，并排设置的两组液压弹性组件10的各液压弹性装置4对应布置。

如图3所示，每个液压弹性装置4的第一弹性单元的夹层顶板与第二弹性单元的夹层顶板之间固定有支撑架3的底板。第二弹性单元的液压底板固定在下层底座9的支撑台面上。第一弹性单元的夹层顶板49相对于支承架3的顶板位置低，间距优选为6-10mm。第一弹性单元的液压底板与第二弹性单元的液压底板通过连接板46实现刚性连接，即两个弹性单元的液压底板之间的间距恒定不变。连接板46通过螺钉固定在第一弹性单元的液压底板与第二弹性单元的液压底板上。

如图3-4所示，液压弹性装置4的弹性单元包括液压橡胶41、液压底板44、夹层板47、夹层橡胶48与夹层顶板49。液压底板44与夹层板47之间设置有液压橡胶41，夹层板47之间设置有所述夹层橡胶48，夹层板47与夹层顶板49之间设置有所述夹层橡胶48。液压橡胶41与液压底板44接触一面为凹陷的曲面，曲面优选为球面或椭球面。液压橡胶41与液压底板44之间形成的空腔为液压腔，液压腔中充满液压介质。在本实施例中，液压介质优选为矿物油型液压油或抗燃液。液压橡胶41与夹层橡胶48通过硫化连接或粘结实现固定，液压橡胶41与夹层橡胶48的材料为粘弹性高分子材料，邵氏硬度为45°～75°。

如图2所示，液压底板44上设有液压通孔，液压通孔一端连通液压腔，另一端连接液压接头2，液压接头2连接液压管1。在本实施例中，液压管1优选为钢管、铜管、胶管或者尼龙管、工程塑料管中的任意一种。如图5所示，液压底板44呈工形。液压通孔包括横向液压通孔42与纵向液压盲孔43，横向液压通孔42一端连接液压接头2，其另一端连接液压控制阀6。在本实施例中，液压接头2优选为焊接式管接头或者卡套式管接头或者扩口式管接头，液压控制阀5的优选为溢流阀或压力继电器。纵向液压盲孔43从横向液压通孔42向液压腔的方向延伸，并且纵向液压盲孔43连通液压腔。纵向液压盲孔43与横向液压通孔42呈“T”形贯通。

液压弹性装置4的第一弹性单元通过液压管1连接与其对应的液压弹性装置的第二弹性单元。液压弹性装置4的第二弹性单元通过液压管1连接与其对应的液压弹性4装置的第一弹性单元，实现彼此对应液压弹性装置4的第一弹性单元与第二弹性单元的相互交叉连接。

工作原理

当主机6工作产生振动时，主机6带动支承件3的顶板振动，进而振动会传递至支承件3的底板。由于底板固定在液压弹性组件的两个液压弹性单元之间，振动会从支承件3的底板传递至液压弹性组件4。支承件3的振动进而带动液压弹性组件4的第一弹性单元与第二弹性单元的夹层顶板振动，并且第一弹性单元与第二弹性单元的的液压底板的位置固定，也就是说，由主机6而引起的液压弹性组件4的振动仅会引起液压弹性单元内的液压橡胶41与夹层橡胶48的压缩与拉伸。此时，液压橡胶41与夹层橡胶48的弹性和阻尼作用削弱该振动，进而削弱或减少主机6的振动。

当主机6由于船体摇摆而产生摇摆时，主机6通过支承件3将摇摆传递至液压弹性组件4，摇摆会从上层支撑件3的底板传递到液压弹性组件4的液压弹性单元。以沿着船舶前进方向的逆时针摆动为例，当主机6逆时针摇摆时，主机6驱动支承件3逆时针摆动。此时，右侧的液压弹性组件4的第二弹性单元会受到向下的压力，而左侧的液压弹性组件4的第二弹性单元会受到拉力。也就是说，左侧的液压弹性组件4的第二液压弹性单元的液压腔受压而体积减小，从而导致左侧液压弹性组件4的第二液压弹性单元的液体从液压管1流到右侧液压弹性组件4的第一液压弹性单元的液压腔内。液压介质的扩充使得右侧液压弹性组件4的第一液压弹性单元的液压腔体积增大，使得右侧液压弹性组件4的第一液压弹性单元的液压橡胶41、夹层板47、夹层橡胶48以及夹层顶板49下压，从而调大了右上的液压弹性组件4的扭转刚度，所以抑制了右边上层支撑件3的向上移动。同理，左上的液压弹性组件4和右下的液压弹性组件4亦是如此工作，从而最终削弱主机摇摆。

装配工艺

第一步，将液压橡胶41的凹面对应安装到液压底板44的液压盲孔43的位置，将两者进行硫化连接；第二步，将夹层板47、夹层橡胶48以及夹层顶板49进行硫化连接从而实现固定，从而组成液压弹性单元；第三步，先将第二液压弹性单元通过螺栓C8连接于下层底座9的上顶面；第五步，将支承件3、第一液压弹性单元、第二液压弹性单元通过螺栓B7连接起来；第六步，通过螺栓A45，用连接板46将第一、第二液压弹性单元的液压底板44连接起来，保证连接板46连接第一、第二液压弹性单元后，第一、第二液压弹性单元有2～4mm的预压缩量；第七步，将液压弹性装置4的液压接头2与液压管1连接起来，并且将液压接头连接至横向液压通孔42，并且依次连接各个对应的液压弹性装置4；第八步，将液压控制阀5连接至横向液压通孔42，并且通过液压控制阀5充油。

主机基座的减振减摇的效果评估办法，包括以下步骤：

S1：通过查询出厂参数，得到液压弹性组件4的刚度K，液压腔的底面积A，液压介质的流阻R；当主机逆时针摆动时，左边支承件3会向下产生x_i的位移，左下边液压腔会向下产生x_o的位移，左下液压腔内压力为p₁，右上液压腔内压力为p₂，流量为q；

S2：左边的串联液压组件刚度根据计算公式：得到K_T＝0.5K；

S3：液压腔力平衡方程：A·(p₂-p₁)＝K_T·(x_i-x_o)；

S4：流过管路的流量方程：

S5：由S3和S4的公式，并且经过拉普拉斯变换得到传递函数：显然，此减摇系统是一个引入了惯性反馈环节的系统。

S6：根据S5的传递函数，可得液压腔的底面积A以及液压介质的流阻R越大，传递函数越小，即减摇效果越差，液压弹性组件(4)的刚度K越大，传递函数越大，即减摇效果越好。

以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (8)

1.一种减摇减振的船舶主机基座，包括支承架(3)、液压弹性组件(10)与下层底座(9)，其特征在于，所述下层底座(9)上左右对称设置有两组液压弹性组件(10)，每组液压弹性组件包括若干个液压弹性装置(4)，每个液压弹性装置(4)包括沿振动方向叠加设置的两个弹性单元，所述弹性单元通过液压管(1)彼此对应连接，从而保证液压流体的流通；所述支承架(3)的顶板上放置有主机(6)，底板固定在液压弹性装置(4)的上下两个弹性单元之间；当主机(6)产生振动时，振动通过支承架(3)传递至所述液压弹性组件(10)，所述液压弹性组件(10)通过弹性单元的弹性和阻尼作用消除振动；当主机产生摇摆时，所述液压弹性组件(10)通过各液压弹性装置(4)间液压流体的流动从而抵消摇摆，

所述液压弹性装置(4)的弹性单元包括液压橡胶(41)、液压底板(44)、夹层板(47)、夹层橡胶(48)与夹层顶板(49)；所述液压底板(44)与夹层板(47)之间设置有液压橡胶(41)；所述夹层板(47)与夹层顶板(49)之间设置有所述夹层橡胶(48)；

每组液压弹性组件的第一弹性单元的连接板与第二弹性单元的连接板分别固定在所述支承架(3)的底板的两面；所述第二弹性单元的液压底板(44)固定在所述下层底座(9)；所述第一弹性单元与第二弹性单元通过连接板(46)实现刚性连接；所述连接板(46)的一端固定在第一弹性单元的液压底板(44)，其另一端固定在第二弹性单元的液压底板(44)。

2.根据权利要求1所述的一种减摇减振的船舶主机基座，其特征在于，所述液压橡胶(41)与夹层橡胶(48)通过硫化连接或粘结实现固定；所述液压橡胶(41)与夹层橡胶(48)的材料为粘弹性高分子材料，邵氏硬度为45HD～75HD。

3.根据权利要求1所述的一种减摇减振的船舶主机基座，其特征在于，所述液压橡胶(41)与液压底板(44)接触一面为凹陷的曲面，所述曲面为球面或椭球面；所述液压橡胶(41)与液压底板(44)之间形成的空腔为液压腔。

4.根据权利要求3所述的一种减摇减振的船舶主机基座，其特征在于，所述液压底板(44)上设有液压通孔，所述液压通孔一端连通所述液压腔，另一端连接液压接头(2)，所述液压接头(2)连接液压管(1)。

5.根据权利要求4所述的一种减摇减振的船舶主机基座，其特征在于，所述液压通孔包括横向液压通孔(42)与纵向液压盲孔(43)，所述横向液压通孔(42)一端连接液压接头(2)，其另一端连接液压控制阀(5)；所述纵向液压盲孔(43)从横向液压通孔(42)向所述液压腔的方向延伸，并且所述纵向液压盲孔(43)连通所述液压腔。

6.根据权利要求5所述的一种减摇减振的船舶主机基座，其特征在于，所述支承架(3)的顶板相对于第一弹性单元的夹层顶板(49)高出6-10mm。

7.根据权利要求1所述的一种减摇减振的船舶主机基座，其特征在于，每组液压弹性组件(10)包括4个液压弹性装置(4)；平行设置的两组液压弹性组件(10)的各液压弹性装置(4)对应布置。

8.根据权利要求7所述的一种减摇减振的船舶主机基座，其特征在于，所述液压弹性装置(4)的第一弹性单元通过液压管(1)连接与其对应的液压弹性装置的第二弹性单元；所述液压弹性装置(4)的第二弹性单元通过液压管(1)连接与其对应的液压弹性装置的第一弹性单元。