船舶貨架堆垛振動傳遞特性研究

李輝

摘? 要：船舶航行狀態下的物資貯存安全可靠性受船體機械振動的影響，為提高貯存可靠性，對貨架堆垛振動傳遞特性和毛氈、橡膠墊減振性能進行研究，試驗結果表明貨架堆垛振動傳遞特性，在X方向貨架堆垛呈逐層減小的形式，在Y、Z方向呈逐層放大的形式。橡膠墊在X、Y方向減振效果優于毛氈墊，RMS值的一致性好于毛氈墊。

關鍵詞：船舶貯存;貨架;振動特性;減振性能

中圖分類號：U661? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0028-04

Abstract： The safety and reliability of material storage under the condition of ship navigation is affected by the mechanical vibration of the hull.In order to improve the storage reliability， the vibration transmission characteristics of storage devices and the vibration damping performance of felt and rubber pads are studied.The stacking of storage racks in the X direction is reduced layer by layer， but it is enlarged in the Y and Z directions. Rubber pads have better vibration damping performance in the X and Y directions than felts， and the consistency of its RMS values is better than felts pads.

Keywords： ship storage; storage rack; vibration characteristics; vibration damping performance

引言

海洋運輸已經成為全球現代物流的重要組成部分，其具有成本低，運量大、通用性好等特點，目前，中國進出口貨運總量的約90%都是利用海上運輸，海洋運輸對世界的改變是巨大的[1]。船舶在航行狀態下，由于其自身搭載的設備種類多，功率大小不一，工作方式差別大等特點，造成其貨艙內受到的振動形式多樣[2]，對貯存的精密設備有不利影響。本文主要研究船舶環境下貨架堆垛的振動傳遞特性和減振墊減振性能。

1 貨架貯存形式簡介

某型貨船內載有的物資，采用貨架形式貯存，貨架由4層貨架通過螺栓組合而成，堆碼4層。貯存對象和貨架間安裝有減振墊，可在船體振動環境下保護貯存的物資的安全可靠性。

2 振動傳遞特性試驗方法

2.1 毛氈和橡膠墊特性

毛氈富有彈性，組織緊密，孔隙小，壓縮性好，可作為防震材料。三元乙丙橡膠是乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物。由于乙丙橡膠分子結構中無極性取代基，分子內聚能低，分子鏈可在較寬范圍內保持柔順性，并在低溫下仍能保持彈性[3]。

2.2 傳感器布置

試驗共選取兩個試驗貨架堆垛，1#、2#跺為堆碼4層。1#堆垛第一層、第三層、第四層貨架的減振墊材質為三元乙丙橡膠。2#堆垛貨架減振墊材質為毛氈，通過1#和2#堆垛的貯存對象上和貨架對應位置處的傳感器RMS比值，可分析出三元乙丙橡膠和毛氈的減振性能。

測試過程中，共使用22個三向傳感器，每個三向傳感器由三個單向傳感器通過轉接塊轉接而成[4]，傳感器布置位置見圖2，每個單向傳感器分別與X、Y、Z方向相一致，X、Y、Z方向定義如下：

X方向：船艏艉向，由船艉指向船艏為正;

Y方向：船左右舷方向，由右舷指向左舷為正;

Z方向：符合右手定則。

2.3 航行狀態下測量的數據

分別截取三個時刻的測試數據進行分析，三個時刻的航行數據見表1。對時刻a前后的數據進行振動分析，見表1。

時域分析可有效提高信噪比，求取信號波在不同時刻的相似性和關聯性，獲得反映機械設備運行狀態的特征參數，時刻a的測點時域值見表2，時域分析見圖3。

由于貨架、貯存對象，安裝過程中均存在個體差異，因此同層數的貨架堆垛在船體振動情況下的加速度最大值可能會存在一定的差異。根據式（1）計算某一時間段內的均方根值（RMS）既能消除最大值差異帶來的干擾[5]，又能反映出振動能量幅值的大小。

其中ak是振動加速度值。最終分析得三個時刻RMS值如表3。

3 測試數據分析

3.1 數據分析方法

對采集的三個時刻數據采用的數據分析方法主要有三種：

（1）對時域數據，分析其最大加速度值。

（2）計算振動加速度信號的RMS值，通過RMS的比值，評估貨架堆垛對振動的響應。

3.2 航行測試數據分析

航行狀態下測量三個時刻的數據分析，分析比較情況總結如下：

（1）時刻a，船體基座上測量的最大加速度為0.01g，貨架上的最大加速度為0.017g，在第四層貯存對象上;貨架上的最大RMS值為0.005，在第四層貯存對象上。

（2）時刻b，船體基座上測量的最大加速度為0.01g，貨架上的最大加速度為0.069g，在第四層貯存對象上;貨架上的最大RMS值為0.019，在第四層貯存對象上。

（3）時刻c，船體基座上測量的最大加速度為0.015g，貨架上的最大加速度為0.04g，在第四層貯存對象上;貨架上的最大RMS值為0.007，在第四層貯存對象上。

從上述數據可以看出并非航速越高，振動加速度越大。

3.3 貨架貯存形式RMS值分析

分別對時刻a、b、c前后的數據進行貨架與基座RMS比值、對應貯存對象與貨架RMS比值分析。

綜合圖4～6的數據分析，可得出貨架形式振動傳遞特性，在X方向貨架堆垛呈逐層減小的形式，在Y、Z方向呈逐層放大的形式。

3.4 減振墊減振性能評估

根據圖7～9的數據分析，減振墊減振性能：

（1）在航行狀態下，三元乙丙橡膠墊沿X向和Y向有較多數據顯示有減振效果;沿Z向無明顯減振或放大規律。

（2）毛氈墊沿X向、Y向顯示有放大現象，Z向無明顯減振或放大規律。

（3）從總的數據來看，三元乙丙橡膠墊在X、Y方向減振效果優于毛氈墊，RMS值的一致性較好，而毛氈墊數據較發散。

4 結論

本文以船舶貯存物資的艙室和分體貯存形式的貨架堆垛為研究對象，對船舶貯存物資的艙室振動形式進行分析，貨架貯存形式的振動傳遞特性、減振墊的減振性能進行試驗，試驗數據表明三元乙丙橡膠在X、Y方向上減振效果和一致性均優于毛氈墊。

參考文獻：

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[5]顧明，張正維，全涌，等.矩形截面高層建筑氣動基底扭矩系數均方根值研究[J].振動與沖擊，2011（10）：1-5.