CN115325087A - 一种基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，包括动力设备、公共筏架、若干个主被动隔振器、船体及控制系统，动力设备固定在公共筏架上表面，在公共筏架的下表面间隔设有若干个凹口，主被动隔振器设在凹口内，主被动隔振器的顶端与公共筏架固定相连，主被动隔振器的底端与船体相连；控制系统与主被动隔振器电性相连。主被动隔振器和公共筏架的一体化的设计具有结构紧凑、便于安装的特点；另外，通过系统实时监控船体的振动信号，控制主被动隔振器的惯性体进行主动隔振，设于惯性体上下的第一隔振层和第二隔振层用来实现被动隔振；主、被动一体化隔振的设计，可以同时实现动力传动系统宽频随机激励及低频线谱振动向船体的传递。
Description
技术领域
本发明涉及船舶减振降噪技术领域，具体涉及一种基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统。
背景技术
由于水面船舶推进系统具有功率大、运行工况复杂等技术特点，且推力轴承集成在齿轮箱内部，齿轮箱采用刚性安装，难以对传动装置进行弹性隔振系统设计，同时也导致主机只能采用单层隔振，较大程度削弱了主机弹性安装带来的减振效果。此外，由于跨接齿轮箱的使用，导致多轴推进系统动力学模型中增加了跨接齿轮箱齿轮的啮合刚度，在啮合过程中，由于齿轮副的啮合位置不同，造成啮合刚度随工况及啮合位置变化，导致多轴-齿轮传动-轴承系统复杂的振动耦合以及诱发新的激励源。
动力设备诱导的振动具有宽带随机激励与低频线谱激励叠加的特点，常用的被动隔振方式适用于中高频隔振，而低频线谱振动则需通过主动控制消除。目前，船舶动力设备多采用浮筏隔振、双层隔振等被动隔振方式抑制动力设备的振动向船体的传递，结构复杂，且对低频线谱振动衰减微弱，已成为声隐身设计中的瓶颈技术。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，有效衰减主机及传动系统振动向艇体的传递。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，其特征在于：包括动力设备、公共筏架、若干个主被动隔振器、船体及控制系统，动力设备固定在公共筏架上表面，在公共筏架的下表面间隔设有若干个凹口，主被动隔振器设在凹口内，主被动隔振器的顶端与公共筏架固定相连，主被动隔振器的底端与船体相连；控制系统与主被动隔振器电性相连，控制系统通过实时检测船体振动信号，控制主被动隔振器作业，从而抑制振动能量向船体的传递。
按上述技术方案，主被动隔振器包括第一隔振层、惯性体以及第二隔振层，第一隔振层顶端固定设在公共筏架下表面凹口的上壁上，第二隔振层的底端固定设在船体上，第一隔振层和第二隔振层用于衰减动力设备中高频振动能量；惯性体设在第一隔振层和第二隔振层之间，惯性体内设有主动元件，控制系统通过主动元件控制惯性体的振动，从而抵消动力设备的低频振动能量。
按上述技术方案，若干个主被动隔振器之间独立作业。
按上述技术方案，主动元件包括三个方向的电磁作动器，分别从x、y、z三个方向产生用于抵消低频振动的控制力。
按上述技术方案，控制系统包括控制器、功率放大器和传感器，传感器设在第二隔振层和惯性体之间；功率放大器与主动元件电性相连，控制器与功率放大器和传感器均电性相连。
按上述技术方案，动力设备包括轴、齿轮箱、联轴器以及主机，齿轮箱和主机安装于公共筏架上，主机的输出轴通过联轴器与齿轮箱的输入轴相连，齿轮箱的输出轴与轴相连。
本发明具有以下有益效果：
1、主被动隔振器设在公共筏架下表面的凹口内，主被动隔振器和公共筏架的一体化的设计具有结构紧凑、便于安装的特点；另外，将动力设备安装于同一个公共筏架上，通过系统实时监控船体的振动信号，控制主被动隔振器的惯性体进行主动隔振，设于惯性体上下的第一隔振层和第二隔振层用来实现被动隔振；主、被动一体化隔振的设计，可以同时实现动力传动系统宽频随机激励及低频线谱振动向船体的传递。
2、主被动隔振器独立工作，可独立去除或增加，不影响其它隔振单元工作，且无需更改隔振方案的控制策略，使用维护方便。
3、主被动隔振器具有双层结构(第一隔振层和第二隔振层)，第一隔振层和第二隔振层用来实现被动隔振，双层结构有助于提高隔振系统高频隔振性能。
附图说明
图1是本发明提供实施例的结构示意图；
图2是本发明提供实施例的控制原理图；
图中，1-1、轴；1-2、齿轮箱；1-3、联轴器；1-4、主机；2、公共筏架；3、主被动隔振器；3-1、第一隔振层；3-2、惯性体；3-3、第二隔振层；4、船体；5-1、控制器；5-2、功率放大器；5-3、传感器；6、凹口；。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图2所示，本发明提供的一种基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，包括动力设备、公共筏架2、若干个主被动隔振器3、船体4及控制系统5，动力设备固定在公共筏架上表面，在公共筏架的下表面间隔设有若干个凹口6，主被动隔振器设在凹口内，主被动隔振器的顶端与公共筏架固定相连，主被动隔振器的底端与船体相连；控制系统与主被动隔振器电性相连，控制系统通过实时检测船体振动信号，控制主被动隔振器作业，从而抑制振动能量向船体的传递。
在一些实施例中，主被动隔振器包括第一隔振层3-1、惯性体3-2以及第二隔振层3-3，第一隔振层顶端固定设在公共筏架下表面凹口的上壁上，第二隔振层的底端固定设在船体上，第一隔振层和第二隔振层用于衰减动力设备中高频振动能量；惯性体设在第一隔振层和第二隔振层之间，主被动隔振器上下端面分别与公共筏架和船体以螺栓连接。惯性体内设有主动元件，以实现主动减振；控制系统通过主动元件控制惯性体的振动，从而抵消动力设备的低频振动能量。主被动隔振器具有双层结构(第一隔振层和第二隔振层)，第一隔振层和第二隔振层用来实现被动隔振，双层结构有助于提高隔振系统高频隔振性能。
在上述的一些实施例中，若干个主被动隔振器之间独立作业。多个主被动隔振器进行控制时存在多通道耦合，对控制系统计算能力要求较高，且控制效果难以满足设计要求。为实现多通道协调控制，需要明确多通道控制的耦合规律以及可能的解耦方法，这将加大隔振系统设计复杂度和工作量。若主被动隔振器的控制面及信号反馈均为自身，且可以独立工作，不影响其它隔振单元工作，则整个隔振系统的控制规模大幅减少，对控制系统计算能力也要求较低，使用维护方便。主被动隔振器的控制面为隔振器的中间层，传感器(振动误差传感器)也布置在中间层，其自适应算法无需考虑各隔振器之间的耦合影响，主被动隔振器独立工作，可独立去除或增加，不影响其它隔振单元工作，且无需更改隔振方案的控制策略。
在上述的一些实施例中，主动元件包括三个方向的电磁作动器，分别从x、y、z三个方向产生用于抵消低频振动的控制力。本实施方式将动力设备安装于同一公共筏架上进行主被动一体化隔振，隔振器的主被动单元采用三明治结构，即上下层均为被动单元，中间为主动单元，主动单元可产生三轴控制力，同时实现动力传动系统低频线谱及宽频随机激励振动向船体的传递。
在上述的一些实施例中，控制系统包括控制器5-1、功率放大器5-2和传感器5-3，传感器设在第二隔振层和惯性体之间；功率放大器与主动元件电性相，控制器与功率放大器和传感器均电性相连。
在上述的一些实施例中，动力设备包括轴1-1、齿轮箱1-2、联轴器1-3以及主机1-4，齿轮箱和主机安装于公共筏架上，主机的输出轴通过联轴器与齿轮箱的输入轴相连，齿轮箱的输出轴与轴相连。通过将主动与齿轮箱安装于同一公共筏架上并进行集中主被动一体化隔振，可同时实现动力传动系统低频线谱及宽频随机激励振动向船体的传递。
本发明的工作原理：
船体上主被动隔振器内装有传感器用以拾取船体振动信号，振动信号传输至控制器，输出相应的控制信号至功率放大器，驱动惯性体内部主动元件，使控制力施加于惯性体上，实现振动主动控制，抑制振动能量向船体的传递。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，其特征在于：包括动力设备、公共筏架、若干个主被动隔振器、船体及控制系统，动力设备固定在公共筏架上表面，在公共筏架的下表面间隔设有若干个凹口，主被动隔振器设在凹口内，主被动隔振器的顶端与公共筏架固定相连，主被动隔振器的底端与船体相连；控制系统与主被动隔振器电性相连，控制系统通过实时检测船体振动信号，控制主被动隔振器作业，从而抑制振动能量向船体的传递。
2.根据权利要求1所述的基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，其特征在于：主被动隔振器包括第一隔振层、惯性体以及第二隔振层，第一隔振层顶端固定设在公共筏架下表面凹口的上壁上，第二隔振层的底端固定设在船体上，第一隔振层和第二隔振层用于衰减动力设备中高频振动能量；惯性体设在第一隔振层和第二隔振层之间，惯性体内设有主动元件，控制系统通过主动元件控制惯性体的振动，从而抵消动力设备的低频振动能量。
3.根据权利要求2所述的基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，其特征在于：若干个主被动隔振器之间独立作业。
4.根据权利要求2所述的基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，其特征在于：主动元件包括三个方向的电磁作动器，分别从x、y、z三个方向产生用于抵消低频振动的控制力。
5.根据权利要求2所述的基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，其特征在于：控制系统包括控制器、功率放大器和传感器，传感器设在第二隔振层和惯性体之间；功率放大器与主动元件电性相连，控制器与功率放大器和传感器均电性相连。
6.根据权利要求2所述的基于双层主被动隔振器的船舶动力传动系统，其特征在于：动力设备包括轴、齿轮箱、联轴器以及主机，齿轮箱和主机安装于公共筏架上，主机的输出轴通过联轴器与齿轮箱的输入轴相连，齿轮箱的输出轴与轴相连。
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