船舶貨架堆垛振動(dòng)傳遞特性研究

李輝

摘? 要：船舶航行狀態(tài)下的物資貯存安全可靠性受船體機(jī)械振動(dòng)的影響，為提高貯存可靠性，對(duì)貨架堆垛振動(dòng)傳遞特性和毛氈、橡膠墊減振性能進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果表明貨架堆垛振動(dòng)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(yōu)于毛氈墊，RMS值的一致性好于毛氈墊。

關(guān)鍵詞：船舶貯存;貨架;振動(dòng)特性;減振性能

中圖分類號(hào)：U661? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(yùn)輸已經(jīng)成為全球現(xiàn)代物流的重要組成部分，其具有成本低，運(yùn)量大、通用性好等特點(diǎn)，目前，中國進(jìn)出口貨運(yùn)總量的約90%都是利用海上運(yùn)輸，海洋運(yùn)輸對(duì)世界的改變是巨大的[1]。船舶在航行狀態(tài)下，由于其自身搭載的設(shè)備種類多，功率大小不一，工作方式差別大等特點(diǎn)，造成其貨艙內(nèi)受到的振動(dòng)形式多樣[2]，對(duì)貯存的精密設(shè)備有不利影響。本文主要研究船舶環(huán)境下貨架堆垛的振動(dòng)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(nèi)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(duì)象和貨架間安裝有減振墊，可在船體振動(dòng)環(huán)境下保護(hù)貯存的物資的安全可靠性。

2 振動(dòng)傳遞特性試驗(yàn)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(jié)構(gòu)中無極性取代基，分子內(nèi)聚能低，分子鏈可在較寬范圍內(nèi)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(yàn)共選取兩個(gè)試驗(yàn)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(zhì)為三元乙丙橡膠。2#堆垛貨架減振墊材質(zhì)為毛氈，通過1#和2#堆垛的貯存對(duì)象上和貨架對(duì)應(yīng)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(cè)試過程中，共使用22個(gè)三向傳感器，每個(gè)三向傳感器由三個(gè)單向傳感器通過轉(zhuǎn)接塊轉(zhuǎn)接而成[4]，傳感器布置位置見圖2，每個(gè)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(tài)下測(cè)量的數(shù)據(jù)

分別截取三個(gè)時(shí)刻的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，三個(gè)時(shí)刻的航行數(shù)據(jù)見表1。對(duì)時(shí)刻a前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行振動(dòng)分析，見表1。

時(shí)域分析可有效提高信噪比，求取信號(hào)波在不同時(shí)刻的相似性和關(guān)聯(lián)性，獲得反映機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù)，時(shí)刻a的測(cè)點(diǎn)時(shí)域值見表2，時(shí)域分析見圖3。

由于貨架、貯存對(duì)象，安裝過程中均存在個(gè)體差異，因此同層數(shù)的貨架堆垛在船體振動(dòng)情況下的加速度最大值可能會(huì)存在一定的差異。根據(jù)式（1）計(jì)算某一時(shí)間段內(nèi)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(dòng)能量幅值的大小。

其中ak是振動(dòng)加速度值。最終分析得三個(gè)時(shí)刻RMS值如表3。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

3.1 數(shù)據(jù)分析方法

對(duì)采集的三個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)采用的數(shù)據(jù)分析方法主要有三種：

（1）對(duì)時(shí)域數(shù)據(jù)，分析其最大加速度值。

（2）計(jì)算振動(dòng)加速度信號(hào)的RMS值，通過RMS的比值，評(píng)估貨架堆垛對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)。

3.2 航行測(cè)試數(shù)據(jù)分析

航行狀態(tài)下測(cè)量三個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)分析，分析比較情況總結(jié)如下：

（1）時(shí)刻a，船體基座上測(cè)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(duì)象上;貨架上的最大RMS值為0.005，在第四層貯存對(duì)象上。

（2）時(shí)刻b，船體基座上測(cè)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(duì)象上;貨架上的最大RMS值為0.019，在第四層貯存對(duì)象上。

（3）時(shí)刻c，船體基座上測(cè)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(duì)象上;貨架上的最大RMS值為0.007，在第四層貯存對(duì)象上。

從上述數(shù)據(jù)可以看出并非航速越高，振動(dòng)加速度越大。

3.3 貨架貯存形式RMS值分析

分別對(duì)時(shí)刻a、b、c前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行貨架與基座RMS比值、對(duì)應(yīng)貯存對(duì)象與貨架RMS比值分析。

綜合圖4～6的數(shù)據(jù)分析，可得出貨架形式振動(dòng)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(píng)估

根據(jù)圖7～9的數(shù)據(jù)分析，減振墊減振性能：

（1）在航行狀態(tài)下，三元乙丙橡膠墊沿X向和Y向有較多數(shù)據(jù)顯示有減振效果;沿Z向無明顯減振或放大規(guī)律。

（2）毛氈墊沿X向、Y向顯示有放大現(xiàn)象，Z向無明顯減振或放大規(guī)律。

（3）從總的數(shù)據(jù)來看，三元乙丙橡膠墊在X、Y方向減振效果優(yōu)于毛氈墊，RMS值的一致性較好，而毛氈墊數(shù)據(jù)較發(fā)散。

4 結(jié)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(duì)象，對(duì)船舶貯存物資的艙室振動(dòng)形式進(jìn)行分析，貨架貯存形式的振動(dòng)傳遞特性、減振墊的減振性能進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明三元乙丙橡膠在X、Y方向上減振效果和一致性均優(yōu)于毛氈墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫藝格，薛忠義.海洋運(yùn)輸是實(shí)施“一帶一路”戰(zhàn)略的主力軍[J].中國水運(yùn)，2016（03）：24-25.

[2]周靖，祝騰，胡青青.淺析船舶振動(dòng)的產(chǎn)生和控制[J].科技風(fēng)，2014（10）：20，22.

[3]李曉鵬，李東升，楊曉東，等.硫化體系對(duì)三元乙丙復(fù)合材料性能的影響[J].火箭推進(jìn)，2018（02）：66-70.

[4]宗赤.基于加速傳感器的船舶振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子產(chǎn)品世界，2011（4）：46-47.

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