CN115492894B - 链式面板液囊支撑的高效减振基座 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，包括链式面板、减振液囊、垂向限位装置和底板，链式面板是由面板铰接装置串联链式子结构面板组成的不连续结构，减振液囊、垂向限位装置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，链式面板和减振液囊两次耗散机械振动能量，大幅降低机械设备运行对船体结构的影响。本发明摒弃连续面板的传统基座设计，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
技术领域
本发明涉及一种高效减隔振基座，具体涉及一种链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，属于船舶机械设备减振降噪技术领域。
背景技术
由机械设备运行所产的机械噪声是船舶三大噪声源之一，是影响船舶舒适性、经济性以及舰船生命力的重要因素。船舶作为一个多系统协同作业的大型结构，存在多种机械设备运行维护船舶的运转，尽管机械设备种类不同，但其固定方式极为相近：各类机械设备通过一个或多个结构连接于船体板上，该结构即为基座结构。基座结构作为船舶各类机械设备振源的主要载体，是设备振动传递至船体结构的最主要通道，也是实现机械设备减振降噪的主要途径之一。现如今，专家学者已通过包括基座结构参数动力学优化、高性能隔振器、设置吸振装置等多个途径对船舶机械振动进行了控制，降低了船舶机械噪声水平。但是现有技术手段都各有局限，难以集宽频段、低成本、高性能等多项优点于一身。因此，基于波形转换理论，设计一种链式面板液囊支撑的高效减隔振基座具有一定的工程意义。
通过对现有文献及专利检索发现，与本发明相关的公开资料主要包括：1、舰船用高内压气囊隔振器理论与设计（《振动工程学报》2013,26）；2、小载荷低频船用气囊减振器（《船舶工程》2021,43）3、中国专利文献CN108468738B公开的基于气囊式的三维声子晶体减振装置4、中国专利文献CN212616053U公开的一种自适应气囊减振器
文献1将气囊结构引入船舶大型隔振器，针对高内压重载气囊隔振器开展安全性、刚度和固有频率分析，分析了结构工艺参数对隔振性能的影响，并通过试验手段验证理论可靠，与本专利之间存在较大差异；文献2根据气囊隔振器设计理论，设计了一款承载0.4t的船用气囊减振器，通过试验测得减振器的各项性能参数，隔振量达31dB，但由于尺寸限制，文章中所涉及的气囊减振器仅可用于机械设备单一机脚，对于大型设备则需设置数个隔振器，经济成本较高，同时减振效果仍有提高空间；发明专利3公开了一种基于气囊式的三维声子晶体减振装置，将声子晶体概念运用于减振结构，将气囊附于金属材料散射体上形成二维声子晶体，再将其在第三维度排列形成三维声子晶体，将通过气囊的充放气控制散射体的连接刚度，调节减振频带区间，与本发明存在较大差异，且声子晶体由散射体和基体组合而成，不同材料之间的连接是一大难题，将大质量设备安装于上，结构强度难以保证；实用新型专利4公开了一种自适应气囊减振器，将气囊挤压组件连接在承压板和底座之间，通过内置电机完成气囊充放气功能，从而实现气囊刚度的调整，由于配置了电机设备，增大了减振结构的体积同时也增加了能源负担，与本发明存在较大差异。
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，本发明设计了一种链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，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，本发明提出一种链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，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，本发明提供的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，包括用于安装机械设备的底板，以及用于固定安装在船体上的底板，在面板和底板之间安装减振液囊和垂向限位装置，所述垂向限位装置环绕减振液囊布置；
所述面板包括面板铰接装置和链式子结构面板；链式子结构面板并采用面板铰接装置串联连接，面板的连续体在连接处发生结构突变，导致结构阻抗失配，对振动波起到了一定的隔离作用，实现了振动的部分衰减。在面板和底板上具有螺栓孔，分别用于安装机械设备，以及连接减振基座和船体。
具体地，所述垂向限位装置包括顶部盖板、固定支架、连接导柱和底座，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，所述固定支架和连接导柱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。还可以在固定支架和连接导柱之间安装减振橡胶套，所述导柱底端安装升高限位挡板。
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。减振液囊的形状也优选为矩形。
使用时，链式面板中的传递的振动波，仅有纵波可以向下传递至液囊处，并在流体域内转变为表面波，能量主要分布于流体表面，并以声波的形式向外辐射，以减低传递至基座的能量，实现振动的衰减。当机械设备运行时，机械振动将由机脚向下传递至链式面板，振动波在链式面板中发生了一定的衰减，随后再传向减振液囊，在此过程中液囊中的液体负载对结构振动起一定的耗散作用，经过衰减的机械振动，再由基座底板传递至船体结构，极大程度上降低了机械设备运行对船体结构振动的影响
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。
发明原理：振动在介质中以弹性波的形式传播。部分弹性波在传播到介质边界之前，边界对其没有任何影响，该类波成为体波，而更进一步，根据波传播方向和质点振动方向的关系，又可将体波分为纵波和横波。由于介质固有物理属性的不同，固体介质存在切变弹性，横波纵波皆可在其中传播，而液体、气体介质则仅可传播纵波，且在传递过程中由于介质的不同，出现能量分层的现象。因此将传统连续的基座面板作隔断处理，机械设备在运转时，所产生的振动将首先传递至链式面板，由于隔断处理后面板的阻抗特性发生了失配，导致弹性波在结构突变处发生了波的透射、反射，耗散了部分能量；在此基础上，根据体波特性，液囊的存在阻断了链式面板中横波的向下传递，而是以表面波的形式将大部分能量聚集在流体表面，结构部分振动能量通过与其接触的流体介质以声波的形式耗散，液体负载将等同于阻尼的形式作用于链式面板上，减少了能量向基座的传递，加快了能量的衰减，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、减振液囊组合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，垂向限位装置避免了侧向剪切力，同时限制了垂向高度保证了液囊不被压溃，各结构之间均采用螺栓连接，拆卸方便；四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；本发明根据波形转换理论和能量层级分配原理，通过链式面板和减振液囊耗散机械设备运行产生的振动能量，多措并举实现基座结构的高效减振效果。
设置垂向限位装置，限制基座整体位移仅可发生在垂直方向，并限制了可发生的位移大小，可避免液囊在大负载下压溃，同时在极大程度上规避了结构因剪切力发生破坏；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；减振液囊内部液体可进行更替，以提高减振效果。
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 是本发明实施例中链式面板液囊支撑的高效减隔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减振液囊的结构图；
图4是图1中垂向限位装置的结构图；
图5 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. 减振液囊；4.垂向限位装置；5. 基座底板；6.面板铰接装置；7.链式子结构面板；8.垂向限位装置顶部固定孔；9机械设备机脚固定孔；10.液囊；11.液囊固定栏；12.顶部盖板；13.固定支架；14.底座；15.顶部固定螺栓孔；16.减振橡胶套；17.连接导柱；18. 升高限位挡板；19.底部固定螺栓孔；20.底板；21.基座固定孔；22.垂向限位装置下侧固定孔；23.基座脚垫。
具体实施方式
实施例：
本实施例的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座如图1-5所示，基座整体结构长1200mm，宽600mm，高180mm，主要由链式面板2、减振液囊3垂向限位装置4以及基座底板5四大主要结构组成；其中，基座底板5位于基座结构的最底部，与船体板连接固定基座整体稳定，在基座底板5各边的中心位置各布置一个垂向限位装置4，用于限制基座的垂向高度；在基座底板5中间设置减振液囊3，主要起减振和支撑作用；紧贴减振液囊3安装链式面板2，并与垂向限位装置4相连接，起波形转换振动传递作用；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。
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7和16组面板铰接装置6组合而成，链式子结构面板7长220mm，宽600mm，厚5mm，面板铰接装置6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7长边方向等间距布置4组面板铰接装置6，面板铰接装置6与链式子结构面板7之间采用焊接的方式连接；在5块链式子结构面板7上开4组垂向限位装置顶部固定孔8，所述垂向限位装置顶部固定孔8由6个直径8mm的螺栓孔环状排列构成；同时在链式子结构面板7上开6个直径为14mm的机械设备机脚固定孔9。
根据设计要求，减振液囊3结构整体长1000mm，宽85mm，高145mm，主要由液囊9和液囊固定栏10构成。液囊固定栏10通过焊接的方式固定在基座底板5上，并对板边缘作倒角处理，避免划伤液囊9致使液体渗漏；所述液囊9安置于液囊固定栏10中，顶部紧贴链式面板2，起传递振动的作用。
根据设计要求，垂向限位装置4在自然状态下长100mm，宽60mm，高145mm，主要由顶部盖板12、固定支架13、底座14、顶部固定螺栓孔15、减振橡胶套16、连接导柱17、升高限位挡板18、底部固定螺栓孔19等结构组成；其中底座14与固定支架13之间采用焊接方式固定，在底座14的两侧分别开3个直径6mm的底部固定螺栓孔19；固定支架13为中空结构，在顶部穿过由顶部盖板12、连接导柱17、升高限位挡板18三者组成的限位主体机构，三者均为圆柱结构，三者中心存在直径12mm的贯穿减轻孔，三者之间均以焊接方式固定；顶部盖板12直径50mm，高15mm，在顶部开6个顶部固定螺栓孔15用于和链式面板2中垂向限位装置顶部固定孔8相匹配；顶部盖板12下为连接导柱17，连接导柱17 直径25mm，高55mm；在连接导柱17下焊接直径45mm，高12mm的升高限位挡板18；底座14与固定支架13始终与基座底板5保持固定，其余结构可与底座发生相对位移，当未安置设备时，由于升高限位挡板18的存在导致链式面板2不能继续上升，同理，当设备安装完毕且开始运行时，顶部盖板12会限制链式面板2向下的最大位移，以保证结构的安全，确保液囊不被压溃。
根据设计要求，基座底板5长1200mm，宽600mm，厚10mm，开12个直径14mm的基座固定孔21，用于基座整体结构与船体板之间的固定；并开四组直径6mm共计24个垂向限位装置下侧固定孔22，实现底板20和垂向限位装置4之间的连接；在基座板底部四角处设置四个“L”型基座脚垫23，垫高基座便于安装。
当安装于链式面板2上的机械设备1运行产生振动时，振动将从设备机脚向链式面板2传递，由于链式面板2阻抗不连续，波在结构突变的地方发生透射和反射，导致能量衰减，一部分振动将由链式面板2传向紧贴于其的减振液囊3，根据波形转换理论和能量层级分配原理，在此过程中，仅有纵波能够以表面波的形式向液囊传递，并且振动能量主要聚集于流体表面，传至基座的能量大幅降低；垂向限位装置4起限制垂向位移的作用，保证基座整体安全，可明显降低机械设备振动对船体结构造成的影响。
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。经两链式与液囊的两次减振，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。
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 (6)
1.一种链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，包括用于安装机械设备的链式面板，以及用于固定安装在船体上的基座底板，其特征在于：
在链式面板和基座底板之间安装减振液囊和垂向限位装置，所述垂向限位装置环绕减振液囊布置；所述链式面板包括面板铰接装置和链式子结构面板；链式子结构面板采用面板铰接装置串联连接，链式面板的连续体在连接处的结构突变，制造结构之间的阻抗失配，用于隔离振动波并衰减振动；
所述垂向限位装置包括顶部盖板、固定支架、连接导柱和底座，所述顶部盖板安装在链式子结构面板底部，所述底座安装在基座底板顶部，所述固定支架和连接导柱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。
2.根据权利要求1所述的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，其特征在于：所述固定支架和连接导柱之间安装减振橡胶套，所述导柱底端安装升高限位挡板。
3.根据权利要求1所述的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，其特征在于：所述链式面板是矩形面板，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所述的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，其特征在于：所述减振液囊是矩形液囊。
5.根据权利要求1所述的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，其特征在于：链式面板中的传递的振动波，仅有纵波可以向下传递至液囊处，并在流体域内转变为表面波，能量主要分布于流体表面，并以声波的形式向外辐射，以减低传递至基座的能量，实现振动的衰减。
6.根据权利要求1所述的链式面板液囊支撑的高效减隔振基座，其特征在于：当机械设备运行时，机械振动将由机脚向下传递至链式面板，振动波在链式面板中发生衰减，随后再传向减振液囊，在此过程中减振液囊中的液体负载对结构振动起耗散作用，经过衰减的机械振动，再由基座底板传递至船体结构，降低机械设备运行对船体结构振动的影响。
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