CN110422299A - 一种船体总振动控制的碰撞质量阻尼器ptmd装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及可以降低船舶总体在外载荷作用下产生的响应及其提高船舶总体对水平和垂向弯曲振动的抵抗性的一种船体总振动控制的碰撞质量阻尼器PTMD装置。本发明包括：舰船艉部货舱1、第一弹簧2、第二弹簧3、PTMD装置详图4、PTMD质量块5、第一碰撞限位挡板6、第二碰撞限位挡板7、第一粘弹性材料层8、第二粘弹性材料层9、第三粘弹性材料层10、第四粘弹性材料层11、圆柱状立柱12、位移传感器13，温度传感器14。本发明采用的总振动控制的PTMD装置机械结构稳定，可以大幅度地提高了船体对总振动的抵抗特性，具有工作年限长，效率高，成本低等优点。

Description

一种船体总振动控制的碰撞质量阻尼器PTMD装置

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及可以降低船舶总体在外载荷作用下产生的响应及其提高船舶总体对水平和垂向弯曲振动的抵抗性的一种船体总振动控制的碰撞质量阻尼器PTMD装置。

背景技术

无论驱逐舰、巡洋舰等军用舰船，还是运输船、渔业船以及工程船等民用船舶，结构坚固性是最基本和最重要的性能，其决定了舰船的生存能力与战斗力。对于结构坚固性，除了考虑强度对其影响之外，船体结构振动也是舰船失效的一种主要形式。船体结构振动不仅对舰员的工作和生活，以及机械设备的正常运行有显著影响，并且直接影响结构自身的疲劳断裂强度。舰船结构的局部振动，如机舱振动和船体艉部振动等，在船体设计初期，即要求船体板或板架结构的固有频率必须避开舰船高速航行阶段主机激振力频率和螺旋桨激振力频率，在声学设计阶段也可以采用改变结构形式的方法来进行减振处理。但船体结构的总振动，由全船性的结构形式和质量分布决定。船体的设计和制造完成后，其总体振动特性也随之确定，改变局部的结构或质量分布的方法对舰船低阶的总振动固有频率的影响很小。为了改变舰船总振动特性，对整体结构重新设计或做出较大改动，付出代价太大，一般无法接受。实际航行中，船体振动的主要激励来自于螺旋桨、主机以及风浪影响等。对于螺旋桨激励力与主机激励力，人们已经可以采用较为有效的方法控制其激励力的大小与传播，且其工作频率一定避开船体总振动固有频率值，但螺旋桨与主机设备由静止或待机状态到达工作状态是一个渐变的时域过程，一定会引起一定程度上的全船共振现象；波浪载荷是船舶航行中必然产生的问题，人们已经可以应用相关程序，对不同海况、不同航速与不同航向的船舶冲荡振动与波激振动进行预报，但工作量较大，加上波浪载荷具有较大的随机性，且需要解决阻尼值等问题，所以对于波浪激励引起的振动预报并不准确。由此可以看出，由多种激励引起的全船总振动难以避免，一旦船体结构发生总振动，在水平或垂向上会产生较大的振动响应，严重影响舰船的坚固性与生命力。另外，舰船总体振动属于低频振动低至几赫兹，而且包含水平和垂向等复杂振动形式，传统振动治理方法效果很差。一重TMD装置虽也能控制船体结构总振动，但如果对于船舶总体具有影响的激励力，在使船体发生弯曲振动的同时，也使一重TMD装置在某方向上振动。如果激励力不大，TMD装置通常会起到较好的制振效果，若遇到较大的波浪载荷，可能导致TMD质量块振幅过大，进而失效，甚至与舱壁或甲板发生碰撞，这些情况都会严重影响行船安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船体总振动控制的碰撞质量阻尼器PTMD装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括：舰船艉部货舱1、第一弹簧2、第二弹簧3、PTMD装置详图4、PTMD质量块5、第一碰撞限位挡板6、第二碰撞限位挡板7、第一粘弹性材料层8、第二粘弹性材料层9、第三粘弹性材料层10、第四粘弹性材料层11、圆柱状立柱12、位移传感器13，温度传感器14，整个PTMD装置安装于舰船艉部货舱1；PTMD质量块5套于圆柱状立柱12上；在距PTMD质量块5上下表面0.1m处，水平施设两平行板，为第一碰撞限位挡板6与第二碰撞限位挡板7；在第一碰撞限位挡板6上铺设第一粘弹性材料层8；在第二碰撞限位挡板7上铺设第二粘弹性材料层9；在PTMD质量块上下两表面分别第三铺设粘弹性材料层10、第四粘弹性材料层11；第一碰撞限位挡板6与第二碰撞限位挡板7分别由第一弹簧2与第二弹簧3连接于舰船艉部货舱1上下甲板处；位移传感器13与温度传感器14分别置于PTMD质量块的两个侧面表面上。

本发明的圆柱形立柱12连接于第一碰撞限位挡板6与第二碰撞限位挡板7，PTMD质量块5在第一碰撞限位挡板6与第二碰撞限位挡板7之间来回运动，在圆柱状立柱12上铺设有润滑油，在PTMD质量块5两个侧面表面分别安装位移传感器13和温度传感器14。

本发明的有益效果在于：

(1)采用的总振动控制的PTMD装置机械结构稳定，实现简单，理论依据可靠，动作迅速，准确，连续，可以大幅度地提高了船体对总振动的抵抗特性，具有工作年限长，效率高，成本低等优点。

(2)船体作为水面航行的独立结构，舱室分布复杂，空间连接紧密且用途明确，尤其对于军用舰船，空间上的设计与预留十分严格。所以控制全船振动的PTMD装置，可以做到空间上的高利用，对于提高军用舰船的战斗力与生存能力具有很大意义。

(3)该PTMD装置只对较大的激振力生效。对于作用于船体的较小激励力，相当于传统的一重TMD，可以较好控制全船振动，而对于较大外载荷，PTMD质量块5则与碰撞限位挡板16碰撞限位挡板27发生碰撞，此时实现PTMD对全船振动的控制。

(4)在PTMD质量块5两个侧面表面分别安装位移传感器13和温度传感器14，以此可以对PTMD质量块5的位移和温度进行时时监控，进而达到对PTMD装置进行时时监控。

附图说明

图1是船体艉部货舱示意图；

图2是船体总振动控制的PTMD装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述

参见附图1和图2，船体总振动控制的PTMD装置，包括1-舰船艉部货舱、2-弹簧1、3-弹簧2、4-PTMD装置详图、5-PTMD质量块、6-碰撞限位挡板1、7-碰撞限位挡板2、8-粘弹性材料层1、9-粘弹性材料层2、10-粘弹性材料层3、11-粘弹性材料层4、12-圆柱状立柱、13-位移传感器，14-温度传感器。

(1)本发明装置在未工作时即船体在未受到各种激振力的情况下，PTMD质量块5、弹簧2、弹簧3都处于静止状态；位移传感器13的检测示数均为零；温度传感器14的检测示数为PTMD正常工作温度。

(2)本发明装置在工作时船体受到螺旋桨，主机，风浪激振力的情况下，在对于作用于船体的较小激励力，相当于传统的一重TMD，以此利用辅助质量即PTMD质量块15提供的反惯性力反共振进行减震；而对于较大外载荷，PTMD质量块5则与碰撞限位挡板6碰撞限位挡板7发生碰撞，以此来有效利用其碰撞作用来明显提高TMD装置的制振效果。此时实现PTMD对全船振动的控制。与此同时，安装在PTMD质量块5上的位移传感器13和温度传感器14将对整个过程进行时时监控。

(3)本发明装置工作后即舰船总体不再受到各种激振力的影响时，装置的所有运动构件均处于静止状态，位移传感器13的检测示数为零，温度传感器14的检测示数为PTMD装置的正常工作温度。

本发明的实施方案是根据大型水面舰船不允许出现由全船总振动引起结构和设备破坏的特殊抗振要求，在传统的水面舰船的艉部货舱内设置PTMD装置，以此对大型水面舰船的船体及设备进行保护。

以上内容仅为本发明的较佳实施案例，对于本技术领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均可有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

下面详细对本发明进行介绍，舰船振动是其结构失效的主要形式之一，对舰员的工作、生活，舰载设备的正常运行，以及舰船的战斗能力、生存能力，都有很大影响。对于船体局部振动，已有成熟有效的方法对其进行控制，而对于船体结构低频总振动，尚缺少有效的治理方法。

一重质量阻尼器TMD装置虽也能控制船体结构总振动，但如果对于船舶总体具有影响的激励力，在使船体发生弯曲振动的同时，也使一重TMD装置在某方向上振动。如果激励力不大，TMD装置通常会起到较好的制振效果，若遇到较大的波浪载荷，可能导致TMD质量块振幅过大，进而失效，甚至与舱壁或甲板发生碰撞，这些情况都会严重影响行船安全。本发明针对水面大型舰船，设计一种较为详细、符合工程实际的PTMD装置来控制船体的低频总振动。在小激励力作用下的全船总振动，该PTMD装置即为普通一重TMD装置；在较大激励力情况下，质量块与PTMD装置的限位挡板发生碰撞，进而有效利用其碰撞作用来明显提高TMD装置的制振效果。

本发明采用的PTMD具有工作性能稳定、制振高效等优点，满足了对水面舰船总振动的控制。本新型船用PTMD结构实现简单，理论依据可靠，可以显著地提高水面大型舰船对自身总振动的控制。

针对上诉情况，本发明的目的在于提供一种能够有效抑制船体总振动的PTMD装置。该装置既能快速、准确抑制船体总振动，吸振效果好，效率高，结构简单，操作容易，经济实惠和便于普及推广。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：船体总振动控制的PTMD装置，包括：舰船艉部货舱1、弹簧2、弹簧3、PTMD装置详图4、PTMD质量块5、碰撞限位挡板6、碰撞限位挡板7、粘弹性材料层8、粘弹性材料层9、粘弹性材料层10、粘弹性材料层11、圆柱状立柱2、位移传感器3，温度传感器4。所诉PTMD装置安装于舰船艉部货舱1；所诉PTMD质量块5套于圆柱状立柱12上；所诉粘弹性材料层8铺设于碰撞限位挡板6上；所诉粘弹性材料层9铺设于碰撞限位挡板7上；所诉粘弹性材料层10和粘弹性材料层11分别铺设于PTMD质量块5上下两个表面；所诉碰撞限位挡板6与碰撞限位挡板7分别由弹簧2与弹簧3连接于舰船艉部货舱1上下甲板处；所诉位移传感器13与温度传感器14分别置于PTMD质量块的两个侧面表面上。

为了提高本发明的综合性能，实现结构、效果优化，进一步的措施是：

(1)在圆柱状立柱12上铺设有润滑油，减少PTMD质量块5与圆柱状立柱12之间的摩擦作用。

(2)在PTMD质量块5两个侧面表面分别安装位移传感器13和温度传感器14，以此可以对PTMD质量块5的位移和温度进行时时监控，进而达到对PTMD装置进行时时监控。

综上所述，本发明适用于大型水面舰船的水平和垂向低频总振动控制设计，符合动力学和机械原理，对船体水平和垂向弯曲振动有明显的效果，可以降低船舶总体在外载荷作用下产生的响应及其提高船舶总体对水平和垂向弯曲振动的抵抗性。

下面概括性的描述一下本发明：一种船体总振动控制的PTMD装置，包括：舰船艉部货舱1、弹簧2、弹簧3、PTMD装置详图4、PTMD质量块5、碰撞限位挡板6、碰撞限位挡板7、粘弹性材料层8、粘弹性材料层9、粘弹性材料层10、粘弹性材料层11、圆柱状立柱12、位移传感器13，温度传感器14。整个PTMD装置安装于舰船艉部货舱1；PTMD质量块5套于圆柱状立柱12上；在距PTMD质量块5上下表面0.1m处，水平施设两平行板，为碰撞限位挡板6与碰撞限位挡板7；在碰撞限位挡板6上铺设粘弹性材料层8；在碰撞限位挡板7上铺设粘弹性材料层9；在PTMD质量块上下两表面分别铺设粘弹性材料层10、粘弹性材料层11；碰撞限位挡板6与碰撞限位挡板7分别由弹簧2与弹簧3连接于舰船艉部货舱1上下甲板处；位移传感器13与温度传感器14分别置于PTMD质量块的两个侧面表面上。

本发明的圆柱形立柱12连接于碰撞限位挡板6与碰撞限位挡板7。PTMD质量块5在碰撞限位挡板16与碰撞限位挡板27之间来回运动，实现了通过有效利用PTMD质量块与铺设有粘弹性材料层的限位挡板之间的碰撞来提高其制振效果。同时在圆柱状立柱12上铺设有润滑油，减少PTMD质量块5与圆柱状立柱12之间的摩擦作用。此外，在PTMD质量块5两个侧面表面分别安装位移传感器13和温度传感器14，对PTMD质量块5的位移和温度进行时时监控，从而让PTMD制振系统更加快速、准确、连续的起到减震的作用。

Claims (2)

1.一种船体总振动控制的碰撞质量阻尼器PTMD装置，包括：舰船艉部货舱(1)、第一弹簧(2)、第二弹簧(3)、PTMD装置详图(4)、PTMD质量块(5)、第一碰撞限位挡板(6)、第二碰撞限位挡板(7)、第一粘弹性材料层(8)、第二粘弹性材料层(9)、第三粘弹性材料层(10)、第四粘弹性材料层(11)、圆柱状立柱(12)、位移传感器(13)，温度传感器(14)，其特征在于：整个PTMD装置安装于舰船艉部货舱(1)；PTMD质量块(5)套于圆柱状立柱(12)上；在距PTMD质量块(5)上下表面0.1m处，水平施设两平行板，为第一碰撞限位挡板(6)与第二碰撞限位挡板(7)；在第一碰撞限位挡板(6)上铺设第一粘弹性材料层(8)；在第二碰撞限位挡板(7)上铺设第二粘弹性材料层(9)；在PTMD质量块上下两表面分别第三铺设粘弹性材料层(10)、第四粘弹性材料层(11)；第一碰撞限位挡板(6)与第二碰撞限位挡板(7)分别由第一弹簧(2)与第二弹簧(3)连接于舰船艉部货舱(1)上下甲板处；位移传感器(13)与温度传感器(14)分别置于PTMD质量块的两个侧面表面上。

2.根据权利要求1所述的一种船体总振动控制的碰撞质量阻尼器PTMD装置，其特征在于：圆柱形立柱(12)连接于第一碰撞限位挡板(6)与第二碰撞限位挡板(7)，PTMD质量块(5)在第一碰撞限位挡板(6)与第二碰撞限位挡板(7)之间来回运动，在圆柱状立柱(12)上铺设有润滑油，在PTMD质量块(5)两个侧面表面分别安装位移传感器(13)和温度传感器(14)。