CN115303413A - 基于阻抗失配原理的链式面板减振基座 - Google Patents

Abstract

基于阻抗失配原理的链式面板减振基座。本发明提供的船舶机械设备减振降噪基座，基于阻抗失配原理，包括链式面板、防侧力弹簧减振器和底板，链式面板由面板铰接装置串联链式子结构面板组成，防侧力弹簧减振器固定安装在链式面板与底板之间；链式面板基于阻抗失配原理构建，机械设备安装于上，通过防侧力弹簧减振器连接链式面板和基座底板，振动能量经过了链式面板和防侧力弹簧减振器的双重衰减，大幅降低机械设备运行对船体结构的影响。本发明结构简单、减振性能佳，具有良好的经济性和广阔的应用前景。

Description

基于阻抗失配原理的链式面板减振基座

技术领域

本发明涉及一种高效减隔振基座，具体涉及一种基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，属于船舶机械设备减振降噪技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们生活水平的逐步提高，对于船舶的舒适性要求也随之增长，船舶振动噪声水平成为了评价船舶性能的重要指标。而船舶机械设备运行产生的激励将不可避免地引起船体结构振动，其振动能量经由基座、舱壁、甲板等船体结构进行传递，并通过船舶表面向外传播形成辐射噪声，成为了船舶噪声的主要来源之一，对船舶舒适性和结构安全性产生严重威胁。基座结构是船舶主要设备安装的主要载体，是设备振动向外传递的第一媒介，在振动传递过程中扮演重要角色。在实际工程中，船舶设计人员常常采用增加基座面板厚度、提高隔振器刚度等措施以实现基座减振的目的，但这些措施势必会增加制造成本，提高加工难度，对于减振效果的提升并不明显。而基于结构参数动力学优化和动力吸振原理的减振基座，又由于频率的限制难以实现低频隔振，且大多动力吸振系统需额外供能，后续维护成本较高，难以大范围推广。因此，从阻抗设计角度出发，设计一种链式面板的高效减振基座具有一定的实际意义。

通过对现有文献及专利检索发现，与本发明类似的公开资料主要包括：1、基于阻抗失配原理的L延拓型船用隔振基座研究（《中国舰船研究》2021,16）；2、基于阻抗失配原理的潜艇隔振基座结构设计（《船舶》2011,22）3、一种船舶主机减振基座（中国发明：CN201710568393.X）4、船舶复合减振基座（中国发明：CN201410271511.7）。

文献1基于阻抗失配原理构造了一种L延拓型结构胞元，采用有限元方法针对常规基座和L延拓型结构胞元构建的基座开展力学性能对比分析，在特定频率下振级落差指标相较传统基座有明显提升，但由于结构的改变，在基座腹板中部形成空腔，结构强度大大降低，难以保证结构安全。文献2研究了阻抗失配基座对平面弯曲波传递的阻抑特性，在原有基座上附加方钢，实现阻振突变，并通过数值手段证明了基于阻抗失配原理的隔振设计方案均对基座的隔振起到了一定作用。在结构上附加的方钢，通过改变结构自身质量来实现减振效果，本质上还是提高了基座质量，与当今船舶轻量化发展的趋势相违背，且减振效果并未得到大幅提升。发明专利3公开了一种船舶主机减振基座，主要由上下支撑件和填充减振金属颗粒的半球形空腔减振罩构成，通过内置金属颗粒与结构摩擦、碰撞消耗能量，具有较好的减振降噪效果，与本发明专利存在较大差异。利用半球形空腔减振罩代替传统基座面板，中空结构难以保证强度，同时内置颗粒的填充增加了经济成本和加工难度。发明专利4公开了一种船舶复合减振基座，在基座主体下端附加空心阻振体，内置颗粒填充物，并在表面敷设阻尼材料，实现多重复合减振效果，在结构形式上与本专利存在较大差异。

综上所述，目前已公开可检索的文献、专利与本发明之间存在较大差异，且在结构质量、结构强度、加工难度和经济成本等问题上存在一定限制。因此，本发明设计了一种基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，具备结构简单、减振性能好、加工难度小、经济成本低等特点，对于机械设备减振降噪具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了解决传统基座减振效果不理想，新型减振基座加工成本高昂等实质性问题，本发明提出一种基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，该基座结构简单、减振性能好、加工成本低，可用于船舶各型设备的安装固定并实现高效减振效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，包括面板、防侧力弹簧减振器和底板，所述面板上用于安装机械设备，所述底板用于固定安装在船体上；所述面板是用面板铰接装置串联链式子结构面板组成的链式面板，所述防侧力弹簧减振器固定安装在链式面板与底板之间。基于阻抗失配原理，将基座面板分割成若干链式子结构面板，以实现连续结构的结合特征突变，加剧弹性波在结构中的透射、反射，增大振动能量在结构中的耗散，链式面板可由面板铰接装置实现分离和组合，可根据基座尺寸的实际需求改变链式面板长度。

具体地，所述防侧力弹簧减振器包括底座、侧向固定立板、弹簧、侧向限位板和顶部盖板，所述顶部盖板安装在链式子结构面板底部，所述底座安装在底板顶部，所述弹簧用于缓冲和减振，所述侧向固定立板和侧向限位板限制链式面板和基座底板之间的位移仅可发生在垂直方向，从而避免切向力的存在，保证了基座结构的安全。

具体地，所述面板是矩形面板，矩形面板沿长度方向等分成若干长方形的链式子结构面板，相邻链式子结构面板之间等距安装沿直线布置的若干面板铰接装置，所述直线与矩形面板的轴线垂直。

具体地，所述面板和底板上具有螺栓孔，分别用于安装机械设备，以及将整个减振基座安装在船体上。

使用时，基座底板与船体板之间采用螺栓连接，作为基座整体的固定；在此基础上在基座底板处布置12个防侧力弹簧减振器，采用螺栓固定；在防侧力弹簧减振器上安装链式面板，设备安装于链式面板上。链式面板由多个子结构组成，子结构板之间采用铰式连接，各子结构板可灵活拆卸，可根据基座实际大小拆装子结构板实现尺寸调整。设置防侧力弹簧减振器，限制基座整体位移仅可发生在垂直方向，可在极大程度上避免结构因剪切力发生破坏。

发明原理：连续结构的几何特征、材料参数发生突变会引起结构阻抗失配，对声波起到良好的反射作用。当安装于链式面板上的设备运转时，设备激励将首先传递至链式面板处，振动以波的形式在链式面板中传播，在结构突变处发生波的透射、反射和波形变换，在此过程中能量逐渐衰减，振动响应逐渐减弱；此后，链式面板中的振动响应经由防侧力弹簧减振器向下传递至基座底板，再向船体结构其他区域扩散。通过链式面板和防侧力弹簧减振器，设备运行产生的激励逐渐降低，可大幅减小设备振动对船体结构的影响。

有益效果：本发明通过基于阻抗失配原理设计了链式面板减振基座，改变了传统基座的结构形式，通过链式面板结合防侧力弹簧减振器的方式减小设备激励的对船舶结构振动噪声的影响。本发明结构简单，可靠性强，摒弃了基座“面板-腹板”的传统形式，采用防侧力弹簧减振器代替腹板结构以保证结构垂向强度，各结构之间采用螺栓连接，拆卸方便；三大组成结构加工难度低，制造成本可控；链式面板由多子系统构成，可结合设备或基座实际尺寸通过拆装子系统板的方式进行调整，具有较强的设备适用性；本发明基于阻抗失配原理，改变传统基座面板形式，同时结合防侧力弹簧减振器，双措并举实现高效减振效果。

除以上所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外。为使本发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、完整的描述。

附图说明

图1 是本发明实施例中基于阻抗失配原理的链式面板减振基座的整体结构图；

图2 是图1中链式面板的结构图；

图3 是图1中防侧力弹簧减振器的结构图；

图4 是图1中基座底板的结构图；

图中：1.机械设备；2. 链式面板；3. 防侧力弹簧减振器；4.基座底板；5.面板铰接装置；6.链式子结构面板；7. 防侧力弹簧减振器顶部固定孔；8机械设备机脚固定孔；9. 顶部盖板；10.侧向限位板；11.侧向固定立板；12.底座；13.顶部固定螺母；14.螺栓；15.高度调节螺母；16. 弹簧顶盖；17.弹簧；18.底部固定螺栓孔；19.基座底板；20.基座固定孔；21.防侧力弹簧减振器下侧固定孔。

具体实施方式

实施例：

本实施例的基于阻抗失配原理的链式面板减振基座如图1-4所示，基座整体结构长1200mm，宽600mm，高115mm，主要由链式面板2、防侧力弹簧减振器3和基座底板4三大主要结构组成；其中，基座底板4位于基座结构的最底部，与船体板连接，起固定基座的作用，在基座底板4上沿长度方向均匀布置10个防侧力弹簧减振器3，用于避免侧向力造成结构破坏，同时起一定的减振效果；在防侧力弹簧减振器3上侧安装链式面板2，根据阻抗失配原理，起主要的减振作用；最后机械设备1安装于链式面板2之上；各结构、装置之间均采用螺栓连接，结构简单拆装方便。

2） 根据设计要求，链式面板2整体结构长1200mm，宽600mm，厚5mm，由5块链式子结构面板6和16组面板铰接装置5组合而成，链式子结构面板6长220mm，宽600mm，厚5mm，面板铰接装置5长120mm，宽90mm，由左右两部分构成，可从中间连接处拆开；沿链式子结构面板6长边方向等间距布置4组面板铰接装置5，面板铰接装置5与链式子结构面板6之间采用焊接的方式连接；在5块链式子结构面板6上开12个防侧力弹簧减振器顶部固定孔7以及6个机械设备机脚固定孔6，所开螺栓孔直径均为14mm。

3） 根据设计要求，防侧力弹簧减振器3结构整体长140mm，宽60mm，高120mm，主要由顶部盖板9、侧向限位板10、侧向固定立板11、底座12、顶部固定螺母13、螺栓14、高度调节螺母15、弹簧顶盖16、弹簧17等结构组成；其中底座12长140mm，宽60mm，厚5mm，底座12上开直径12mm底部固定螺栓孔18；在底座12上焊接侧向固定立板11，侧向限位板10与侧向固定立板11之间可发生垂向相对位移；侧向限位板10顶部焊接顶部盖板9，顶部盖板9长110mm，宽60mm，厚5mm，于中心处开14mm通孔穿过螺栓14，螺栓14顶部穿过链式面板2中的防侧力弹簧减振器顶部固定孔7,，并采用顶部固定螺母13固定；螺栓14下侧连接高度调节螺母15和弹簧顶盖16，弹簧顶盖16安装于弹簧17顶部保证弹簧不发生侧向位移，通过调节高度调节螺母15限制弹簧17高度；顶部盖板9、侧向限位板10、顶部固定螺母13、螺栓14、高度调节螺母15、弹簧顶盖16、弹簧17结构会随链式面板2上下运动，而侧向固定立板11和底座12将始终处于固定状态。

4） 根据设计要求，基座底板4长1200mm，宽600mm，厚10mm，开12个直径14mm的基座固定孔20，用于基座整体结构与船体板之间的固定；并开24个直径12mm的防侧力弹簧减振器下侧固定孔21，实现基座底板4和防侧力弹簧减振器3之间的连接。

5） 当安装于链式面板2上的机械设备1运行产生振动时，振动将提供设备机脚向链式面板2传递，根据阻抗失配原理对振动能量进行了一部分的耗散，随后向下传递至防侧力弹簧减振器3，通过内置弹簧17产生一定缓冲作用，同时保证基座整体不发生侧向位移，保证切向强度，在此基础上设备振动经两次衰减后再由基座底板4传递至船体板处，可明显降低机械设备振动对船体结构造成的影响。

当机械设备运转时，产生的振动将由机脚传递至链式面板，波在链式面板内发生了透射、反射等行为，振动能量在此过程中发生了衰减，随后又通过防侧力弹簧减振器的减振向基座底板和船体板传递，经两次减振，双重衰减，机械设备运转对船体结构振动的影响得到了大幅削减。

可见，基于阻抗失配原理，面板铰接装置将链式子结构面板连接成连续的链式面板，具备可突变的结合特征，加剧弹性波在结构中的透射、反射，增大振动能量在结构中的耗散。

结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明为船舶减振基座提供了链式结构的思路与方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，包括面板、防侧力弹簧减振器和底板，所述面板上用于安装机械设备，所述底板用于固定安装在船体上，其特征在于：

所述面板是用面板铰接装置串联链式子结构面板组成的链式面板，所述防侧力弹簧减振器固定安装在链式面板与底板之间；基于阻抗失配原理构建的链式面板，具备可突变的结合特征，加剧弹性波在结构中的透射、反射，增大振动能量在结构中的耗散。

2.根据权利要求1所述的基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，其特征在于：所述防侧力弹簧减振器包括底座、侧向固定立板、弹簧、侧向限位板和顶部盖板，所述顶部盖板安装在链式子结构面板底部，所述底座安装在底板顶部，所述弹簧用于缓冲和减振，所述侧向固定立板和侧向限位板限制链式面板和基座底板之间的位移仅可发生在垂直方向。

3.根据权利要求1所述的基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，其特征在于：所述面板是矩形面板，矩形面板沿长度方向等分成若干长方形的链式子结构面板，相邻链式子结构面板之间等距安装沿直线布置的若干面板铰接装置，所述直线与矩形面板的轴线垂直。

4.根据权利要求1所述的基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，其特征在于：所述面板和底板上具有螺栓孔，分别用于安装机械设备，以及将整个减振基座安装在船体上。

5.根据权利要求1所述的基于阻抗失配原理的链式面板减振基座，其特征在于：当机械设备运转时，产生的振动将由机脚传递至链式面板，波在链式面板内发生了透射、反射等行为，振动能量在此过程中发生了衰减，随后又通过防侧力弹簧减振器的减振作用向基座底板和船体板传递，振动能量经两次衰减，有效降低机械设备运转对船体结构的振动影响。

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