港機用電源減振結(jié)構(gòu)的改進

任華山

摘要：我公司QUINT開關(guān)電源安裝在港口碼頭吊具上，因受原初設(shè)計抗振性能指標的限制，不能滿足現(xiàn)場振動環(huán)境，出現(xiàn)經(jīng)常損壞的現(xiàn)象，本文主要從開關(guān)電源結(jié)構(gòu)和安裝上介紹了減振措施的改進方法，使之能夠起到更大沖擊隔離作用，滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：電源安裝；沖擊隔離；彈簧減振；措施

引言

我公司開QUINT1AC//24V/20A開關(guān)電源由于客戶先期電氣控制箱的設(shè)計限制和吊具在使用中的不規(guī)范造成電源和箱內(nèi)其它電氣設(shè)備頻繁損壞。電源安裝在吊具電氣控制箱中，由于吊具在抓放、起吊集裝箱箱體過程中，受到的振動和沖擊特別大，其最大沖擊達40-50g，在現(xiàn)場使用中，電源時常被損壞，一般使用3-4個月，電源就可能會損壞。分析后得出現(xiàn)場最大沖擊力已經(jīng)超出產(chǎn)品耐受能力，因此我們需要重新核算，找到一種對沖擊進行有效隔離方案。

1.沖擊隔離的概念

沖擊隔離就是在比系統(tǒng)固有周期短得多的時間內(nèi)，進行沖擊能量的釋放、轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)倪^程，它是通過沖擊隔離器的變形，把急驟輸入系統(tǒng)的能量儲存起來，再通過系統(tǒng)的自由振動比固有周期多幾倍的時間把能量平穩(wěn)的釋放出來。還利用沖擊隔振器的阻尼，消耗部分能量，使尖銳的沖擊波以較緩和的方式作用在設(shè)備或基礎(chǔ)上，以減輕沖擊的危害。

沖擊隔離可以分為主動隔離和被動隔離兩種方式，本文主要討論的方案是采用被動隔離的方法。

被動隔離主要采用減輕外部沖擊引起的基礎(chǔ)運動對設(shè)備的影響，以減少設(shè)備中的應(yīng)力和應(yīng)變，沖擊被動隔離應(yīng)滿足以下要求：

1.1通過隔離器傳遞到受保護的設(shè)備的最小振動量或最大力應(yīng)小于等于許用值，確保被隔離的設(shè)備安全工作；

1.2隔離器的最大變形量小于許用值，是使隔離器獲得足夠的工作范圍。

現(xiàn)在使用的隔離器選用的是彈簧方式，主要因為它承載力大，剛度小，變形量大，阻尼系數(shù)在0.005左右，水平剛度較豎直剛度小，價廉。彈簧減振是一種對于沖擊、振動的減振方法，其特征在于所述的減振方法是在由電源和安裝支架的本體與在受到重力和外力作用下，利用彈簧受到壓縮后，能夠吸收能量的特性，以有效地吸收在沖擊和振動工具作業(yè)過程中單元向上或向下移動時產(chǎn)生的振動能量，在受沖擊電源和安裝支架單元底部之間的一種緩沖裝置。

2.目前減振結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

現(xiàn)場普通吊具自重約13噸，吊具起重約50～60噸，吊具在使用過程中，最大能夠受到40～50g的沖擊力，而目前我公司提供的電源的耐沖擊標準為30g（IEC標準）。對于如此惡劣的現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，我公司目前的電源產(chǎn)品是不能直接安裝使用到該種設(shè)備上，

必須采用有效的沖擊隔離。

如圖1所示，原電源采用先用導(dǎo)軌固定在安裝支架上，再將它們通過四個固定螺柱和上下八個減振彈簧固定到箱體底板上，電源為水平安裝，這種安裝形式，雖然對散熱有影響，但是對電源垂直方向受力和沖擊時的穩(wěn)定性較好。

根據(jù)廠家提供了原設(shè)計的彈簧圖紙，彈簧尺寸等參數(shù)見圖2

2.1結(jié)構(gòu)分析

此減振結(jié)構(gòu)特征：

2.1.1電源先安裝到支架上，再通過彈簧安裝到箱體內(nèi)，穩(wěn)定平衡性能較好；

2.1.2電源采用多個彈簧合力減振，振幅較長；

2.1.3本身電氣箱體采用橡膠墊與吊具設(shè)備固定，也起到二次減振的作用。

缺點：（1）由于原設(shè)計采用多個彈簧后，剛性較小，垂直方向在50g沖擊力作用下，彈簧受力壓縮后在達到最大行程時（λ=42mm），彈簧已經(jīng)并圈，這時彈簧已經(jīng)失效，沒有減振效果，因此會造成電源內(nèi)部元件損壞；

計算：彈簧并圈時候的最大載荷fb：

壓縮并圈后長度hb=n*d=10x3.5=35mm

fb=（fn/（H0-hn））* （H0-hb）=（204/（75-45））x（75-35）=272N

而在50g力作用下每根彈簧平均受到壓力達426.3N >272N，因此在50g力作用下該彈簧已經(jīng)失效，不能有減振作用。

（2）左右和前后方向不能夠減振。

3.改進方案

3.1 原始數(shù)據(jù)

3.1.1電源自身質(zhì)量：2.48kg

3.1.2安裝支架質(zhì)量：約1kg

3.1.3彈簧剛度：k=Gd4/（8D3n）=G3.54/（8*303*8）=8.684G*10-5

合計質(zhì)量：2.48+1=3.48kg

合計重量：3.48*9.8=34.104 N

在最大沖擊50g作用下的沖擊力： 3.48*50*9.8=1705.2N

平均每支柱上彈簧受到?jīng)_擊力： 1705.2÷4=426.3N

3.2 選擇材料

常用彈簧的材料有：碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹鋼、銅合金材料以及非金屬材料，選擇材料時應(yīng)該根據(jù)彈簧功用、載荷大小、載荷性質(zhì)、循環(huán)特性、工作強度，使用環(huán)境以及重要程度來確定， 而彈簧設(shè)計計算的任務(wù)是要確定彈簧絲直徑d、工作圈數(shù)n以及其它幾何尺寸，使得能滿足強度約束、剛度約束及穩(wěn)定性約束條件，進一步地還要求相應(yīng)的設(shè)計指標（如體積、重量、振動穩(wěn)定性等）達到最好。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)現(xiàn)設(shè)計一種圓彈簧絲的螺旋圓柱形壓縮彈簧，材料1Cr18Ni9， Fmax=450N， λmax=30mm， 外徑范圍20～35mm， 自由長度小于100mm，屬于Ⅱ類的彈簧。

3.3 計算過程

3.4 計算結(jié)果

根據(jù)以上計算結(jié)果，方案3是可行的，即可以將電源板以下的四根彈簧的要求更改為：彈簧絲截面圓形，直徑?4.5mm，中徑?30mm，有效圈數(shù)10，總?cè)?shù)12，彈簧最小節(jié)距7.95mm，彈簧自由狀態(tài)長度95mm。

3.5 改進措施

通過分析和理論計算，建議申城港機將原來電源沖擊隔振安裝作如下更改：

3.5.1電源下的減振彈簧更改為以上方案3的尺寸參數(shù)，同時彈簧導(dǎo)柱將需要加長15～20mm；

3.5.2電源下底板去掉導(dǎo)軌LATCH裝置和導(dǎo)軌，如圖3所示，在其下方墊置一塊黑色軟橡膠板（6mm厚），采用六顆螺釘（T10*12）直接固定到安裝板上，這樣再次可以減緩對電源本身的沖擊力；

3.5.3因鋼絲繩減振能在大幅度振動時，在各股鋼絲間產(chǎn)生摩擦，能夠有效的吸收較大的能量，還能衰減隔振器本身的駐波效應(yīng)，隔振效果優(yōu)于橡膠墊，因此建議將原來的電氣箱與吊具固定腳采用橡膠隔振更改為鋼絲繩隔振方法。

4.結(jié)束語

在此基礎(chǔ)上進行的電源減振結(jié)構(gòu)的改進，保證企業(yè)目前不需要重新投入人力、資金重新設(shè)計和進行較大的結(jié)構(gòu)改動，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)、維護周期，有效的減少企業(yè)成本支出，具有良好的經(jīng)濟效益，同時為企業(yè)后續(xù)更新設(shè)計提供了理論和實踐的數(shù)據(jù)。

參考文獻：

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