T型鋼絲繩隔振器動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究

姜宏亮 閆明 惠安民

摘 要：鋼絲繩隔振器是一種常用的被動(dòng)隔振裝置，本文通過(guò)開(kāi)展準(zhǔn)靜態(tài)、振動(dòng)、沖擊等試驗(yàn)獲得完整的曲線數(shù)據(jù)，探究鋼絲繩隔振器三向動(dòng)態(tài)特性。準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，變形速率的大小與鋼絲繩減振器的能量耗散有直接關(guān)系，準(zhǔn)靜態(tài)壓縮時(shí)，速率較低，對(duì)能耗的大小基本無(wú)影響，沖擊時(shí)，速率較高，對(duì)能耗的大小有直接影響。振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼絲繩隔振器的動(dòng)剛度會(huì)隨著激振頻率的增加而減小，當(dāng)激振頻率與固有頻率相等時(shí)，動(dòng)剛度最小。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩隔振器;動(dòng)態(tài)特性;測(cè)試方法

中圖分類號(hào)：TB523文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）16-0033-04

Abstract： Wire rope vibration isolator is a commonly used passive vibration isolation device， this paper explored the three-way dynamic characteristics of wire rope vibration isolators by carrying out quasi-static， vibration， shock and other experiments to obtain complete curve data. The results of the quasi-static test and the impact test show that the magnitude of the deformation rate is directly related to the energy dissipation of the wire rope vibration isolator， when quasi-static compression， the rate is low， and it has basically no effect on the size of energy consumption， and when it is impacted， the rate is high， which has a direct impact on the size of energy consumption. The vibration test results show that the dynamic stiffness of the wire rope vibration isolator will decrease with the increase of the excitation frequency， when the excitation frequency is equal to the natural frequency， the dynamic stiffness is minimum.

Keywords： wire rope vibration isolator;dynamic characteristics;test method

振動(dòng)與沖擊在日常生活和工程實(shí)踐中都是常見(jiàn)現(xiàn)象。如今，隨著科學(xué)技術(shù)水平的飛速提高，人們對(duì)機(jī)械設(shè)備的精度、功能性、可靠性有了更高的要求。振動(dòng)與沖擊無(wú)疑會(huì)對(duì)其產(chǎn)生惡劣的影響。減少振動(dòng)與沖擊的危害，既可以從振源開(kāi)始，也可以在傳遞過(guò)程中進(jìn)行，安裝隔振裝置就是降低振動(dòng)傳遞的一種方法[1]。目前，比較常用的隔振器主要有塑料隔振器、金屬?gòu)椈筛粽衿?、空氣彈簧隔振器、橡膠隔振器、液壓阻尼器隔振器、磁流變液阻尼隔振器和鋼絲繩隔振器等[2]。

鋼絲繩隔振器是一種典型的非線性隔振裝置，其是利用鋼絲繩股與股、絲與絲之間的摩擦、滑移實(shí)現(xiàn)隔振功能的部件。與其他類型的隔振器相比，鋼絲繩隔振器具有阻尼特性優(yōu)良、承載能力高、不易腐蝕軟化、可承受三向載荷等特性。鋼絲繩隔振器形式多樣，按照結(jié)構(gòu)形式分類，主要有T型、G型和Q型等形式[3]。由于鋼絲繩隔振器的結(jié)構(gòu)非線性、幾何非線性、材料非線性等因素比較突出，其沖擊特性理論分析存在較大的難度，試驗(yàn)仍是當(dāng)前較為可信的參數(shù)獲取途徑[4]。因此，為更加全面了解、應(yīng)用鋼絲繩隔振器，對(duì)鋼絲繩隔振器進(jìn)行試驗(yàn)研究是十分必要的。本文通過(guò)多組試驗(yàn)得出鋼絲繩隔振器的具體數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)探究鋼絲繩隔振器的特性，為鋼絲繩隔振器的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。本文選取T型鋼絲繩隔振器作為研究對(duì)象，根據(jù)隔振器的剛度方向，將鋼絲繩隔振器運(yùn)動(dòng)方向分為拉壓、橫滾、剪切方向。

1 準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)

鋼絲繩隔振器準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

按照隔振器的測(cè)量方向，設(shè)計(jì)一種試驗(yàn)夾具，如圖2所示。將隔振器安裝在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)，分別對(duì)隔振器進(jìn)行三向加載，加載速度分別為10、20、30 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示。

圖2 準(zhǔn)靜態(tài)三向測(cè)量試驗(yàn)

在加載速度發(fā)生變化時(shí)，鋼絲繩隔振器各工況遲滯回線基本吻合，說(shuō)明變形速率較低時(shí)，其對(duì)能耗大小基本無(wú)影響。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，拉壓剛度明顯大于其他兩向剛度，承載能力更高。

2 振動(dòng)試驗(yàn)

隔振器常用的測(cè)試方法有橢圓法、激振掃描法、自振衰減法、機(jī)械阻抗測(cè)試法。根據(jù)試驗(yàn)條件，本試驗(yàn)采用激振掃描法。

為分析鋼絲繩隔振器動(dòng)剛度變化情況，為方便計(jì)算，通常將其簡(jiǎn)化為理想的單自由度系統(tǒng)。在單自由度系統(tǒng)受到激勵(lì)加載時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程如式（1）所示。

通過(guò)式（3）可知，想要求出隔振器的動(dòng)剛度，人們需要先測(cè)量出質(zhì)量系統(tǒng)的響應(yīng)加速度和位移，然后進(jìn)行傅里葉變換將其轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，再將加速度與對(duì)應(yīng)載荷質(zhì)量相乘，即可得到合力，然后根據(jù)式（3）便可得到頻域下動(dòng)剛度的變化曲線，如圖6所示。

圖7為鋼絲繩隔振器的傳遞系數(shù)曲線，人們根據(jù)傳遞系數(shù)曲線可以確定固有頻率和傳遞率。通過(guò)觀察圖7可以發(fā)現(xiàn)，拉壓方向的傳遞系數(shù)最低，說(shuō)明拉壓方向的隔振能力最好。動(dòng)剛度隨頻率的增加而逐漸減小，當(dāng)頻率增加到固有頻率附近時(shí)，動(dòng)剛度最小且質(zhì)量塊的位移響應(yīng)最大。通過(guò)比較三向動(dòng)剛度曲線可以發(fā)現(xiàn)，拉壓動(dòng)剛度大于其他兩向的動(dòng)剛度。

3 沖擊試驗(yàn)

隔振器沖擊特性試驗(yàn)法包括跌落法、擺錘法、撞錘法和激振臺(tái)法等。其中，跌落試驗(yàn)法存在兩種形式，即規(guī)定沖擊速度法和規(guī)定脈沖波形法。本文采取的試驗(yàn)方法為規(guī)定脈沖波形法。如圖8所示，通過(guò)調(diào)節(jié)提升高度和波形發(fā)生器來(lái)達(dá)到規(guī)定脈沖的要求。記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制成圖，如圖9、圖10、圖11所示。

通過(guò)控制脈寬大小改變脈沖可以發(fā)現(xiàn)，隨著脈沖的逐漸增大，鋼絲繩隔振器的遲滯面積、沖擊剛度不斷增大。在變形距離接近時(shí)，準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)下的鋼絲繩隔振器遲滯回線面積遠(yuǎn)小于沖擊試驗(yàn)下鋼絲繩隔振器遲滯回線面積，說(shuō)明了變形速率的快慢影響隔振器的耗能能力。鋼絲繩隔振器沖擊遲滯回線面積增大，說(shuō)明了隔振器在沖擊時(shí)具有較強(qiáng)的耗能能力，證明了鋼絲繩隔振器具有良好的抗沖擊性能。

4 結(jié)論

準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，變形速率的大小與鋼絲繩減振器的能量耗散有直接關(guān)系，準(zhǔn)靜態(tài)壓縮時(shí)，速率較低，對(duì)能耗的大小基本無(wú)影響，而沖擊時(shí)，速率較高，對(duì)能耗的大小有直接影響。鋼絲繩隔振器的動(dòng)剛度會(huì)隨著激振頻率的增加而減小，當(dāng)?shù)竭_(dá)固有頻率時(shí)，動(dòng)剛度最小。在準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)中，人們均可發(fā)現(xiàn)，拉壓剛度在三種剛度中最大，在受到?jīng)_擊時(shí)，鋼絲繩遲滯面積能夠迅速增加，說(shuō)明鋼絲繩隔振器具有良好的抗沖擊性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]黨江雪.鋼絲繩圓環(huán)加工裝置及鋼絲繩隔振器剛度特性研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[2]王紅霞.O型鋼絲繩隔振器特性研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[3]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).艦船用鋼絲繩隔振器規(guī)范：GJB 6412—2008[S].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[4]黃映云，秦俊明.鋼絲繩隔振器沖擊特性試驗(yàn)研究[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（1）：23-26.