船舶货架堆垛振动传递特性研究
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摘 要：船舶航行状态下的物资贮存安全可靠性受船体机械振动的影响，为提高贮存可靠性，对货架堆垛振动传递特性和毛毡、橡胶垫减振性能进行研究，试验结果表明貨架堆垛振动传递特性，在X方向货架堆垛呈逐层减小的形式，在Y、Z方向呈逐层放大的形式。橡胶垫在X、Y方向减振效果优于毛毡垫，RMS值的一致性好于毛毡垫。
关键词：船舶贮存;货架;振动特性;减振性能
中图分类号：U661 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）05-0028-04
Abstract： The safety and reliability of material storage under the condition of ship navigation is affected by the mechanical vibration of the hull.In order to improve the storage reliability， the vibration transmission characteristics of storage devices and the vibration damping performance of felt and rubber pads are studied.The stacking of storage racks in the X direction is reduced layer by layer， but it is enlarged in the Y and Z directions. Rubber pads have better vibration damping performance in the X and Y directions than felts， and the consistency of its RMS values is better than felts pads.
Keywords： ship storage; storage rack; vibration characteristics; vibration damping performance
引言
海洋运输已经成为全球现代物流的重要组成部分，其具有成本低，运量大、通用性好等特点，目前，中国进出口货运总量的约90%都是利用海上运输，海洋运输对世界的改变是巨大的[1]。船舶在航行状态下，由于其自身搭载的设备种类多，功率大小不一，工作方式差别大等特点，造成其货舱内受到的振动形式多样[2]，对贮存的精密设备有不利影响。本文主要研究船舶环境下货架堆垛的振动传递特性和减振垫减振性能。
1 货架贮存形式简介
某型货船内载有的物资，采用货架形式贮存，货架由4层货架通过螺栓组合而成，堆码4层。贮存对象和货架间安装有减振垫，可在船体振动环境下保护贮存的物资的安全可靠性。
2 振动传递特性试验方法
2.1 毛毡和橡胶垫特性
毛毡富有弹性，组织紧密，孔隙小，压缩性好，可作为防震材料。三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。由于乙丙橡胶分子结构中无极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔顺性，并在低温下仍能保持弹性[3]。
2.2 传感器布置
试验共选取两个试验货架堆垛，1#、2#跺为堆码4层。1#堆垛第一层、第三层、第四层货架的减振垫材质为三元乙丙橡胶。2#堆垛货架减振垫材质为毛毡，通过1#和2#堆垛的贮存对象上和货架对应位置处的传感器RMS比值，可分析出三元乙丙橡胶和毛毡的减振性能。
测试过程中，共使用22个三向传感器，每个三向传感器由三个单向传感器通过转接块转接而成[4]，传感器布置位置见图2，每个单向传感器分别与X、Y、Z方向相一致，X、Y、Z方向定义如下：
X方向：船艏艉向，由船艉指向船艏为正;
Y方向：船左右舷方向，由右舷指向左舷为正;
Z方向：符合右手定则。
2.3 航行状态下测量的数据
分别截取三个时刻的测试数据进行分析，三个时刻的航行数据见表1。对时刻a前后的数据进行振动分析，见表1。
时域分析可有效提高信噪比，求取信号波在不同时刻的相似性和关联性，获得反映机械设备运行状态的特征参数，时刻a的测点时域值见表2，时域分析见图3。
由于货架、贮存对象，安装过程中均存在个体差异，因此同层数的货架堆垛在船体振动情况下的加速度最大值可能会存在一定的差异。根据式（1）计算某一时间段内的均方根值（RMS）既能消除最大值差异带来的干扰[5]，又能反映出振动能量幅值的大小。
其中ak是振动加速度值。最终分析得三个时刻RMS值如表3。
3 测试数据分析
3.1 数据分析方法
对采集的三个时刻数据采用的数据分析方法主要有三种：
（1）对时域数据，分析其最大加速度值。
（2）计算振动加速度信号的RMS值，通过RMS的比值，评估货架堆垛对振动的响应。
3.2 航行测试数据分析
航行状态下测量三个时刻的数据分析，分析比较情况总结如下：
（1）时刻a，船体基座上测量的最大加速度为0.01g，货架上的最大加速度为0.017g，在第四层贮存对象上;货架上的最大RMS值为0.005，在第四层贮存对象上。
（2）时刻b，船体基座上测量的最大加速度为0.01g，货架上的最大加速度为0.069g，在第四层贮存对象上;货架上的最大RMS值为0.019，在第四层贮存对象上。
（3）时刻c，船体基座上测量的最大加速度为0.015g，货架上的最大加速度为0.04g，在第四层贮存对象上;货架上的最大RMS值为0.007，在第四层贮存对象上。
从上述数据可以看出并非航速越高，振动加速度越大。
3.3 货架贮存形式RMS值分析
分别对时刻a、b、c前后的数据进行货架与基座RMS比值、对应贮存对象与货架RMS比值分析。
综合图4～6的数据分析，可得出货架形式振动传递特性，在X方向货架堆垛呈逐层减小的形式，在Y、Z方向呈逐层放大的形式。
3.4 减振垫减振性能评估
根据图7～9的数据分析，减振垫减振性能：
（1）在航行状态下，三元乙丙橡胶垫沿X向和Y向有较多数据显示有减振效果;沿Z向无明显减振或放大规律。
（2）毛毡垫沿X向、Y向显示有放大现象，Z向无明显减振或放大规律。
（3）从总的数据来看，三元乙丙橡胶垫在X、Y方向减振效果优于毛毡垫，RMS值的一致性较好，而毛毡垫数据较发散。
4 结论
本文以船舶贮存物资的舱室和分体贮存形式的货架堆垛为研究对象，对船舶贮存物资的舱室振动形式进行分析，货架贮存形式的振动传递特性、减振垫的减振性能进行试验，试验数据表明三元乙丙橡胶在X、Y方向上减振效果和一致性均优于毛毡垫。
参考文献：
[1]孙艺格，薛忠义.海洋运输是实施“一带一路”战略的主力军[J].中国水运，2016（03）：24-25.
[2]周靖，祝腾，胡青青.浅析船舶振动的产生和控制[J].科技风，2014（10）：20，22.
[3]李晓鹏，李东升，杨晓东，等.硫化体系对三元乙丙复合材料性能的影响[J].火箭推进，2018（02）：66-70.
[4]宗赤.基于加速传感器的船舶振动检测系统设计[J].电子产品世界，2011（4）：46-47.
[5]顾明，张正维，全涌，等.矩形截面高层建筑气动基底扭矩系数均方根值研究[J].振动与冲击，2011（10）：1-5.
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