﻿ 基于主动推力平衡原理的轴系纵向减振技术研究
 舰船科学技术  2020, Vol. 42 Issue (1): 136-139 PDF

Researd on longitudinal vibration control technology of marine shafting based on active thrust balance principle
LI Quan-chao, LIU Wei
China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China
Abstract: Due to the vibration noise problem of ship stern structures caused by ship shaft longitudinal vibration, a method to reduce the longitudinal vibration based on active thrust balance principle is put forward. The design scheme of vibration reduction structure is studied. The stiffness characteristics of vibration reduction structure are researched by experimental. The longitudinal vibration reduction performance is analyzed by theoretical. The results show that the longitudinal vibration reduction method based on the principle of active thrust balance can effectively resolve the contradiction between the low dynamic stiffness and high static stiffness of the vibration reduction structure, and is conducive to the longitudinal vibration control of the propeller shaft system extending to the low frequency range. The longitudinal vibration control effect of shafting is obvious by using the longitudinal vibration reduction structure based on the active thrust balance principle.
Key words: active thrust balance     longitudinal vibration control     marine shafting
0 引　言

1 基于主动推力平衡原理的轴系纵向减振思路

 图 1 轴系纵向振动模型 Fig. 1 Longitudinal vibration model of shafting

 图 2 基于主动推力平衡原理的轴系力传递路线 Fig. 2 Force transmission route of shaft based on active thrust balance principle

2 轴系纵向减振结构设计

 图 3 纵向减振结构 Fig. 3 Longitudinal vibration reduction structure

 ${{K}} = \frac{{{\rm{G}}{d^{\rm{4}}}}}{{8D_2^3{\rm{n}}}}\text{，}$

 图 4 螺旋弹簧刚度特性 Fig. 4 Stiffness characteristic of spiral spring
3 纵向减振结构特性研究 3.1 单减振缸刚度特性研究

 图 5 单减振缸刚度测试结果 Fig. 5 Stiffness test result of one vibration reduction structure

1）随着摩擦面数量的逐步增加，系统动刚度数值也逐步增加，当减振缸内设置2组密封圈时，系统动刚度相对弹簧元件动刚度最大上升了61%，这说明减振结构设计过程中需尽量控制密封圈数量，避免摩擦损耗对系统动刚度的影响；

2）增加摩擦面后系统动刚度随激振频率的升高也存在微量波动，波动量级约±15%，该状态与纯弹簧动刚度测试规律基本相当（±10%），这说明与单弹簧刚度特性一致，低频范围内动刚度随频率变化不敏感。

3.2 减振缸-蓄能器组合系统刚度特性研究

 图 6 减振缸-蓄能器组合系统刚度测试结果 Fig. 6 Stiffness test result of vibration reduction structure and energy accumulator system

1）减振缸与蓄能器联通并充压后，系统动刚度进一步增加约5%~7%，分析增加的原因可能是激振过程中管路内液体流动阻力导致；

2）激振频率对减振结构系统动刚度影响不明显，与单螺旋弹簧特性一致；

3）对比图5可知，管路流动阻尼对动刚度的影响低于密封圈摩擦面影响。

4 减振器应用试验研究

 图 7 基于主动推力平衡技术轴系纵向振动模型 Fig. 7 Longitudinal vibration model of shafting based on active thrust balance principle

 图 8 应用纵向减振结构前后轴系纵向振动对比 Fig. 8 Shafting vibration response by using vibration reduction thrust bearing
5 结　语

1）提出的基于主动推力平衡原理的轴系纵向减振技术，可有效化解减振结构低动刚度和高静刚度之间的矛盾，有利于扩大桨轴系统向低频范围扩展；

2）通过试验研究，设计的纵向减振结构刚度特性与单螺旋弹簧一致，单结构内密封圈摩擦面数量、管路均会对整体刚度产生一定影响；

3）分析安装主动推力平衡式纵向减振结构前后轴系的振动特性。结果表明，应用半主动式纵向减振推力轴承后，轴系一阶纵振固有频率向低频偏移约32 Hz，低频全频段振动响应均有明显降低，一阶固有频率附近振动响应下降约54 dB，0～200 Hz低频段范围内振动加速度级降低约26 dB，振动控制效果明显。

 [1] 刘耀宗, 王宁, 孟浩, 等. 基于动力吸振器的潜艇推进轴系轴向减振研究[J]. 振动与冲击, 2009(05): 184-187. DOI:10.3969/j.issn.1000-3835.2009.05.043 [2] 赵耀, 张赣波, 李良伟. 船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展[J]. 中国造船, 2011(51): 259-269. [3] 冯国平, 谌勇, 黄修长, 等. 舰艇艉部纵向激励传递特性分析[J]. 噪声与振动控制, 2009(6): 132-135. [4] 杨志荣, 秦春云, 饶柱石, 等. 船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究[J]. 振动与冲击, 2012(16): 48-61. DOI:10.3969/j.issn.1000-3835.2012.16.010 [5] 李全超, 刘伟, 俞强. 船舶集成式推力轴承减振器研究与应用[J]. 舰船科学技术, 2016(11): 53-56. [6] 刘伟, 王磊, 俞强, 等. 船舶推力轴承纵向液压减振技术研究[J]. 舰船科学技术, 2016(05): 59-62. [7] 何友声. 螺旋桨激振力[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 1987. [8] 俞强, 王磊, 刘伟. 舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性[J]. 中国舰船研究, 2015, 10(6): 81-86, 94. DOI:10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.012