基于阻抗傳遞原理的減振接管阻抗測試方法

戴 俊，商 超，王 帥，朱海雄，陶襄樊

（1.海軍駐葫蘆島四三一廠軍代表室，遼寧 葫蘆島 125004；2.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究院，武漢 430205）

減振接管能夠有效降低隔振系統(tǒng)傳遞到管系的振動[1-3]，研究減振接管的阻抗特性[4-6]，實(shí)現(xiàn)對其隔振效果準(zhǔn)確預(yù)報評估[7]，能夠在設(shè)計(jì)階段完成管路振動的控制和治理。

在對隔振裝置的計(jì)算中，一般的處理方法是將減振器簡化為彈簧，這種簡化方法使用的參數(shù)為減振器的動剛度，不能完全體現(xiàn)減振器的復(fù)雜力學(xué)性能，與使用阻抗數(shù)據(jù)計(jì)算的阻抗法相比精確度較低。隔振裝置的阻抗可通過阻抗試驗(yàn)獲得，但接管阻抗試驗(yàn)對邊界條件要求較高，需要在專門的試驗(yàn)臺架上進(jìn)行，因此本文采用間接法計(jì)算接管阻抗。

以工程中常見的單球減振接管為研究對象，首先從減振接管機(jī)械系統(tǒng)出發(fā)，推導(dǎo)減振接管的阻抗反求計(jì)算公式，然后通過試驗(yàn)獲取不同激勵頻率工況的數(shù)據(jù)，接著以某一激勵頻率工況的數(shù)據(jù)作為計(jì)算輸入，利用編制的計(jì)算程序，反求減振接管阻抗，最后以反求得到的阻抗作為輸入，對其它不同工況的隔振效果進(jìn)行預(yù)報，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

1 基本理論

1.1 減振接管阻抗模型

將減振接管簡化為圖1所示模型，由輸入端等效質(zhì)量m1、輸出端等效質(zhì)量m2及連接進(jìn)出口端質(zhì)量的剛度K、等效阻尼系數(shù)Ce組成。

分別對m1和m2列出力平衡方程如下

對于簡諧系統(tǒng)，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度與加速度、位移滿足下述關(guān)系

代入式（2）并化簡為與式（1）相同的格式如下

對比式（1）與式（3），可得阻抗與等效模型的質(zhì)量、剛度及阻尼關(guān)系

根據(jù)以上部分推導(dǎo)，在已知減振接管的剛度、阻尼及進(jìn)出口端等效質(zhì)量的情況下，可得出減振器的4個阻抗參數(shù)，即采用質(zhì)量、剛度和阻尼組成的簡化模型可以模擬減振接管的阻抗參數(shù)。

1.2 計(jì)算公式推導(dǎo)

根據(jù)傳遞函數(shù)的定義，減振器物理方程為

減振接管機(jī)械系統(tǒng)振動傳遞物理數(shù)學(xué)模型為

(10)礦區(qū)規(guī)劃是一項(xiàng)涉及煤炭開采、運(yùn)輸、加工利用的綜合性工程，與煤炭工業(yè)、電力工業(yè)等多個行業(yè)相關(guān)，方案規(guī)劃與國家和行業(yè)地方國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、工業(yè)發(fā)展、資源開發(fā)以及旅游開發(fā)等政策、規(guī)劃是否協(xié)調(diào)一致也是制約規(guī)劃實(shí)施的重要因素之一。

若已知管網(wǎng)導(dǎo)納，結(jié)合式（4）得

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)臺架由一臺水泵、管路、減振器、減振接管、管卡等組成。水泵通過減振器側(cè)掛在筏架上，筏架剛性安裝在基座上；水泵出口安裝減振接管1只，DN200，PN1.0；管路均為DN200，安裝彈性管卡5只，示意圖如圖2所示。

在減振接管后充液管網(wǎng)封盲板，采用力錘進(jìn)行激勵，測量管網(wǎng)在該位置的原點(diǎn)導(dǎo)納（5 Hz～1 000 Hz）；開啟水泵，進(jìn)行1 200 r/min工況下接管兩端的振動加速度（5 Hz～1 000 Hz）測試。

3 阻抗特性計(jì)算

根據(jù)式（10）編寫阻抗特性計(jì)算程序，將20 Hz工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括輸入端振速、輸出端振速、管路導(dǎo)納代入，求解得到的減振接管阻抗和如圖3所示。

4 隔振結(jié)果評估

通過變頻器分別將水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為480 r/min、960 r/min、1 500 r/min、3 000 r/min。利用根據(jù)1 200 r/min工況反求得到的減振接管阻抗特性曲線，對4個工況下接管輸出端的振動響應(yīng)進(jìn)行預(yù)報，結(jié)果如圖4所示。

圖2 減振接管試驗(yàn)臺架示意圖

圖3 減振接管阻抗特性曲線

圖4所示對比結(jié)果表明，在5 Hz～1 000 Hz的頻率范圍內(nèi)，仿真得到的減振接管輸出端振動加速度值與試驗(yàn)結(jié)果隨頻率變化的趨勢基本是吻合的，預(yù)報結(jié)果的峰值位置與試驗(yàn)結(jié)果總體一致。

分別利用根據(jù)各工況反求得到的減振接管阻抗特性曲線對隔振效果進(jìn)行預(yù)報。將仿真值加速度總級與試驗(yàn)值加速度總級相減，得到隔振效果預(yù)報誤差如表1所示。

分析表中數(shù)據(jù)可知，試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)報結(jié)果的加速度總級誤差在3.5 dB以內(nèi)，滿足工程應(yīng)用要求。

圖4 仿真預(yù)報結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對比

表1 預(yù)報結(jié)果總級與試驗(yàn)結(jié)果總級誤差/dB

5 結(jié) 語

本文首先推導(dǎo)了減振接管的阻抗反求計(jì)算公式，接著以某一激勵頻率工況的數(shù)據(jù)作為計(jì)算輸入，得到減振接管的阻抗特性曲線，最后利用反求的阻抗值，對不同工況的隔振效果進(jìn)行預(yù)報。結(jié)果對比表明：基于此方法預(yù)報的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差在3.5 dB以內(nèi)，滿足工程應(yīng)用要求。

(簡 訊)

上海泛德聲學(xué)舉辦第6期噪聲與振動控制工程免費(fèi)培訓(xùn)

2018年8月31日上海泛德聲學(xué)工程有限公司（簡稱泛德聲學(xué)）在上海松江富悅大酒店舉辦了第6期噪聲與振動控制工程免費(fèi)培訓(xùn)。有40名來自長三角的外資、合資、國企等單位的ESH（環(huán)境/健康/安全）人員參加培訓(xùn)，例如帝斯曼維生素（上海）有限公司、博世電動工具（中國）有限公司、巴斯夫、上海國際主題樂園有限公司（迪士尼）、上海博邦汽車技術(shù)有限公司、陶氏化學(xué)（中國）有限公司等。培訓(xùn)由同濟(jì)大學(xué)毛東興教授、中船九院呂玉恒教授、泛德聲學(xué)任百吉、鄭江、王勝、陳慧穎工程師等主講。

泛德聲學(xué)是一家高起點(diǎn)的專門從事聲學(xué)技術(shù)研究、聲環(huán)境治理的高新技術(shù)企業(yè)。在創(chuàng)建超靜音環(huán)境、控制噪聲污染方面，服務(wù)于汽車、家電、醫(yī)療、電子、機(jī)械、電氣、航空航天、化工、食品等廣泛領(lǐng)域，與外資企業(yè)聯(lián)系較多，項(xiàng)目遍及全國各地。

近4年來，泛德聲學(xué)舉辦了6期免費(fèi)培訓(xùn)，為企業(yè)上門培訓(xùn)5期，還多次與上海疾控中心聯(lián)合舉辦培訓(xùn)，累積培訓(xùn)近千人次，為聲學(xué)知識在社會上的普及做出了貢獻(xiàn)。通過培訓(xùn)，泛德聲學(xué)既普及了噪聲與振動控制基礎(chǔ)知識，展示了技術(shù)實(shí)力和治理噪聲的成功經(jīng)驗(yàn)，同時又和有噪聲治理需求的企業(yè)建立了聯(lián)系，溝通了信息，達(dá)成了合作意向，各有收獲。這種免費(fèi)培訓(xùn)是企業(yè)開拓業(yè)務(wù)的方式之一，可供借鑒。

中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司 呂玉恒

(2018年9月2日)