改善双层隔振系统的抗冲击性能的装置及方法

摘要

本发明提供的是一种改善双层隔振系统的抗冲击性能的装置及方法。包括安装在被保护的船用动力设备上的半主动吸振器和拾振传感器，安装在船体基础上的拾冲传感器，拾振传感器、拾冲传感器分别连接DSP控制器，DSP控制器经过恒流源电路后连接半主动吸振器，恒流源电路连接有直流电源。本发明具有抗冲、减振两种功能，且反应时间短，能够满足对于冲击控制的瞬时性的要求，使用本发明后的双层隔振系统的整体性能都能得到有效地提高。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种减振、防冲装置，特别是一种船上推进动力设备或装置的减振、防冲装置。本发明还涉及一种船上推进动力设备或装置的减振、防冲方法。

(二)背景技术

船用动力设备的工作环境是冲击和振动同时存在。近年来，随着现代兵器技术的发展，水中爆炸所形成的爆炸当量、冲击持续时间均明显增加，且命中率也有了提高，对于船用设备的威胁也更加严重，提高船用动力设备的抗冲击能力已经成为保障现代舰船生命力的迫切需求。

目前，为了改善船用动力设备的振动向船体的辐射，通常在设备和船体基础之间使用隔振器，然而，在设计时受到结构的限制，使得双层隔振系统的隔振性能比较理想，而抗冲性能往往不能满足实际要求。目前为了改善双层隔振系统的冲击性能，在实际工程在中往往采用在双层隔振系统中安装限位器的方法，但是同时也引入了新的问题：如设备受到冲击时碰到限位器会产生二次冲击，使冲击过程变成了复杂的强非线性问题，增加了研究的难度。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能更好地满足双层隔振系统的隔振抗冲的需要，使得双层隔振系统所受到的冲击能够被及时地检测和最大限度地削弱，而且双层隔振系统传向船体基础的振动也能被有效地减小的改善双层隔振系统的抗冲击性能的装置和方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的改善双层隔振系统的抗冲击性能的装置的组成包括安装在被保护的船用动力设备上的半主动吸振器和拾振传感器，安装在船体基础上的拾冲传感器，拾振传感器、拾冲传感器分别连接DSP控制器，DSP控制器经过恒流源电路后连接半主动吸振器，恒流源电路连接有直流电源。

本发明的改善双层隔振系统的抗冲击性能的装置还可以包括：

1、所述的半主动吸振器是电磁式半主动吸振器。

本发明的改善双层隔振系统的抗冲击性能的方法为：

1)将半主动吸振器放置在双层隔振系统中的船用动力设备上，并根据双层隔振系统的参数设定半主动吸振器的最佳抗冲参数，所述的最佳抗冲参数包括最佳抗冲质量、最佳抗冲阻尼和最佳抗冲击工作频率；

2)判断双层隔振系统的工作环境，看其是受冲击状态还是振动工作状态；

3)当冲击没有来到时，双层隔振系统为振动工作状态，此时将半主动吸振器的工作频率调整为与船用动力设备的振动主频率相同；

4)当冲击来到时，双层隔振系统为受冲击状态，将主动吸振器的工作频率调整为预先得到的最佳抗冲击工作频率；

5)当冲击作用结束后，双层隔振系统从受冲击状态转变成振动工作状态，半主动吸振器的工作频率也从最佳抗冲击工作频率转变为船用动力设备的振动主频率，直到下一次冲击作用的开始。

本发明的改善双层隔振系统的抗冲击性能的方法还可以包括：

1、所述的判断双层隔振系统的工作环境，看其是受冲击状态还是振动工作状态，是将双层隔振系统所在的船体基础的加速度信号作为冲击状态的判断信号，当其大于某一判定值时为冲击状态，小于时为振动工作状态。

2、所述的判断双层隔振系统的工作环境，看其是受冲击状态还是振动工作状态，是在双层隔振系统的船板基础和上层的船用动力设备上同时采集信号，并将从船板基础上检测到的信号定义为冲击判断信号，根据其来判定双层隔振系统是否受到冲击，将从船用动力设备上检测到的信号定义为振动检测信号，根据其来得到船用动力设备的振动主频率。

本发明的改善双层隔振系统的抗冲击性能的装置，包括由拾振传感器、拾冲传感器和DSP控制器所构成的信号采集和处理部分，还包括由直流电源和恒流源电路所构成的电流控制部分，以及由安装在双层隔振系统中船用动力设备上的电磁式半主动吸振器构成的执行部分。

其中的信号采集和处理部分的作用是采集相关信号来判断双层隔振系统的工作状态。拾振传感器测取双层隔振系统中的船用动力设备的振动检测信号，而拾冲传感器测取船板基础的冲击判断信号，两个信号同时输入到DSP控制器中，经过其中的控制程序运算后输出相应的电压控制信号给电流控制部分中的恒流源电路。

其中的电流控制部分的作用是根据信号采集和处理部分输出的电压控制信号得到相应的电磁式半主动吸振器工作电流。恒流源电路根据电压控制信号的大小，来增大或者减小直流电源供给电磁式半主动吸振器的电流。

其中的执行部分的作用是根据电流控制部分提供的电流大小来得到相应的电磁式半主动吸振器的工作频率，使其能够在双层隔振系统中进行减振或者抗冲击。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

首先，本发明可以自动监测双层隔振系统的工作环境，并可以根据工作环境的不同兼顾双层隔振系统的抗冲性能和减振能力两个方面，使得本发明的应用范围可以包括船用动力设备的全部状态。

其次，双层隔振系统在受到冲击时上层的船用动力设备所受到的冲击能量被电磁式半主动吸振器所吸收，船用动力设备的冲击响应可以被有效地降低，最大冲击位移响应峰峰值被减小，可以有效保护船用动力设备与其他设备之间的连接部件在冲击状态下的安全性。

其次，本发明所采用的控制器为DSP，其卓越的运算速度使得本发明中的半主动控制系统反应时间迅速，能快速捕捉冲击信号和快速改变电磁式半主动吸振器的工作状态，故半主动控制系统的系统反应时间很短，能够及时抗冲。

再次，本发明提高了双层隔振系统的隔振能力，电磁式半主动吸振器安装在船用动力设备上吸收其振动时产生的能量，可以减小双层隔振系统的源振动程度，经过双层隔振系统后的振动被本发明的系统所有效控制。

综上所述，本发明具有抗冲、减振两种功能，且反应时间短，能够满足对于冲击控制的瞬时性的要求，使用本发明后的双层隔振系统的整体性能都能得到有效地提高。

(四)附图说明

图1是本发明的改善双层隔振系统的抗冲击性能的装置的结构示意图；

图2是试验所得到的本发明对于双层隔振系统的抗冲击性能改善效果图；

图3是试验所得到的本发明对于双层隔振系统的减振和抗冲性能改善效果图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，作为被保护的上层质量的被保护的船用动力设备1、中间质量2、弹性减震器3和弹性减震器4构成了双层隔振系统被安置在船体基础5上；拾振传感器6、拾冲传感器7、DSP控制器8、恒流源电路9、直流电源10、电磁式半主动吸振器11构成了半主动控制系统。双层隔振系统中的被保护的船用动力设备1上安装了电磁式半主动吸振器11，并被拾振传感器6测取其振动信号作为振动检测信号，而拾冲传感器7测取船体基础5的加速度信号作为冲击判断信号，两个信号同时输入到DSP控制器8中。

DSP控制器8中的控制程序根据输入的两个信号判断双层隔振系统的工作环境，运算后输出相应的电压控制信号。当拾冲传感器7测取船体基础5的冲击判断信号大于某一设定值，则DSP控制器8判断船体基础5上传来了冲击，双层隔振系统受到了冲击作用，半主动控制系统进入抗冲击工作状态；否则认为双层隔振系统没有受到冲击作用，半主动控制系统进入减振工作状态。

当船体基础5上没有冲击时，半主动控制系统为减振工作状态，DSP控制器8中的DSP控制程序根据拾振传感器6测取的振动信号计算得到被保护的船用动力设备1的振动主频率，并输出相对应的电压控制信号给恒流源电路9，使得直流电源10提供给电磁式半主动吸振器11的电流可以使得其工作频率与被保护的船用动力设备1的振动主频率相同，从而达到跟踪振动频率以减振的效果。

当船体基础5上受到冲击时，半主动控制系统为抗冲击工作状态，DSP控制器8输出最佳抗冲击工作频率所对应的电压控制信号给恒流源电路9，使得直流电源10供给电磁式半主动吸振器11的电流大小能使其工作频率为最佳抗冲击工作频率，从而使得需要被保护的船用动力设备1的冲击位移响应最大峰峰值减小到最多，达到了改善双层隔振系统的抗冲击性能的目的。

当拾冲传感器7测取船体基础5的冲击加速度信号小于某一设定值时，半主动控制系统认为双层隔振系统的受冲击状态结束，不需要继续抗冲，故半主动控制系统转入减振工作状态，直到下一个冲击作用被检测到。

图2为试验所得到的本发明对于双层隔振系统的抗冲击性能改善效果图：在相同的冲击作用条件下，被保护的船用动力设备1的冲击位移响应峰峰值在半主动控制系统控制后较控制前减少了27.2％。

图3为试验所得到的本发明对于双层隔振系统的减振和抗冲性能改善效果图：在振动状态，被保护的船用动力设备1的振动位移响应峰峰值在半主动控制系统控制后较控制前减少了19.7％，在冲击状态，被保护的船用动力设备1的冲击位移响应峰峰值在半主动控制系统控制后较控制前减少了22.6％。