基于有限元分析法的船舶液压动力站管路振动研究.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 O 6期 d o i l 0 ． 3 9 6 9 4 ．is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ．0 1 1 基于有限元分析法的船舶液压动力站管路振动研究 何 曦光 ， 彭利坤 ， 杨 国志 ， 乔 小瑞 1 ． 海军工程大学 动力工程学院， 湖北 武汉4 3 0 0 3 3 ； 2 ． 海军工程大学 电子工程学 院， 湖北 武汉4 3 0 0 3 3 ； 摘 要 该文对某型船舶液压动力站管路的振动特性进行 了有限元特性计算 ， 并 通过 S o l i d Wo r k s 三维机械设计软件 的有 限元 分析模块 S i m u l a t i o n对液压动力站 的管路进行 了三维建模 和模 态分 析 ． 并在最后提 出了减振降噪的措施 。 关键词 船舶液压动力站； 减振降噪； 有限元计算； 模态分析 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 6 0 0 3 8 0 3 Re s e a r c h o n Tub e Vi b r a t i o n o f S hi p Hy d r a u l i c S t a t i o n Ba s e d o n F i ni t e El e me nt An a l y s i s HE X i - g u a n g 。 ， P E NG L i - k u n ， Y AN G G u o - z h i ， Q 0 Xi a o - r u i 1 ． P o w e r E n g i n e e ri n g C o l l e g e ， N a v a l U n i v e r s i t y o f E n g i n e e ri n g ， Wu h a n 4 3 0 0 3 3 ， C h i n a ； 2 ． E l e c t r o n i c E n g i n e e ri n g C o l l e g e ， N a v a l U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ， Wu h a n 4 3 0 0 3 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s a r t i c l e ， we h a v e c o mp l e t e d t h e fi n i t e e l e me n t c o mp u t a t i o n ， a n d f i n i s h e d t h e 3 D - mo d e l i n g a n d mo d a l a n a l y s i s t h r o u g h S i mu l a t i o n mo d u l e o f S o l i d wo r k s ． I n t h e e n d ， we d r a w t h e me a s u r e s o f v i b r a t i o n a n d n o i s e r e d u c t i o n ． Ke y wo r d s s h i p h y d r a u l i c s t a t i o n； v i b r a t i o n a n d n o i s e r e d u c t i o n； f i n i t e e l e me n t c o mp u t a t i o n； mo d a l a n a l y s i s O 引言 船 舶 液压 动力站 是 由液压 泵 、 驱 动 用 电动机 、 油 箱 、 方 向阀 、 节流阀 、 溢流 阀等构成 的液压源装置或包括控 制 阀在 内的液压装置 液压动力站可以按驱动装置要求 的流 向、 压力和流量供油 ， 适用于驱动装置与液压站分 离的各种机械上 液压站与各类用户的驱动装置 油缸 或马达 用油管相连 ， 即可实现各种规定 的动作 。但是 ， 液压动力站在为用户提供压力油的同时． 也产生 了对船 舶 隐身性不 利 的振动 及噪声 由于其 管路 在机 舱 中分布 广泛 。产生的振动噪声将通过管路很快传递到船体上 同 时 ． 液压 管 路 内 的噪 声会 通 过 管壁 向舱 室 辐射 ． 对船 上人员的工作 、 生活环境产生负面影响【 1 ] 。 管路的振动研究有着较长 的历史。在 国外 ， 关于流 体管道振动的研究 比较全面 ． 理论与实践充分结合 ． 取 得了较多的成果 ， 具有一定的借鉴意义。而在我 国 ． 对 于管 道系统振 动的研究侧 重于其振 动特性 的理论 计 算 ． 且多为专题性 的研究【3 】 本文 中以某型船舶液压动力站为研究对象 ．首先 使用 S o l i d w 0 r k s 三维机械设计软件建立管路的几何模 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 2 6 作者简介 何曦光 1 9 8 2 一 ， 男 ， 湖北武汉人 ， 讲师 ， 硕 士 ， 研究方 向为机 电 液控制技术 。 型并 将 模 型导 入 S i m u l a t i o n解 算 器 进 行 有 限元 分 析 和 模态分析 ． 计算其模态频率和振型 。 最后提 出减振降噪 的措施 。 1 液压动力站管路振 动特性 的有 限元分 析计算 管路振动 的研究经常采用的方法有计算法和实验 法 ， 其中计算法包括传递矩 阵法 、 模态综合法 、 行波法 、 特征线法和有 限元分析法等 有限元分析法是管路模态分析 的常用方法 在该 方法 中， 管路会被分解成 由多个相互联结 的 、 简单 、 独 立的点组成的几何模型 由于这些独立 的点的数量是 有限的。 因此被称 为有限元分析法。由实际的物理模型 推导出来 的平衡方程式被使用到了每个点上 ．由此产 生 了一 个方 程组 。该 方程 组 可 以用线 性代 数 求解 。 有限元分析法 的解算步骤包括前处理 、分析计算 和后处理三个步骤 前处理环节主要实现物理模 型的 建立和网格 的划分 ．分析计算部分主要有分析的边界 条件设置 以及研究对象物性参数的定义等等 ．后处理 环节则将计算结果 以彩色等值线 、 梯度 、 矢量等方式显 示 ． 也可 以图表 、 曲线等形式进行显示13 1 。 在有 限元分析时 ．首先要将管路理想化为简单结 构元素的组合 。 各元素的结合部分为节点。系统的各元 液 压 气 动 与 ／ 2 0 1 4年 第 0 6期 d o i l 0 ．3 9 6 9 ．is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ．0 1 2 外装式艉轴机械密封试验台的设计与试验 姚 刚， 郭文 勇 ， 王素华 海军工程大学 动力工程学院， 湖北 武汉4 3 0 0 3 3 摘要 研制了与实装相一致的外装式艉轴机械密封的试验台 ， 该试验 台能实现对试验装置机械密封泄漏 量 、 密封 端面温度 、 介质压力 等参数 的有 效测 量。进行 了机械密封试验 ， 试验结果与理论分析一致 ， 验证 了该试 验台的可靠性 。 关键词 外装式 ； 机械 密封 ； 试验台 ； 设计 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 6 0 0 4 0 04 The De s i g n a nd Te s t o f Ex t e rn a l l y M o un t e d M a r i ne S t e m S ha ft M e c h a n i c a l S e a l Te s t i n g De v i c e Y A0 G a n g， GUO We n - y an g， WANG S u h u a C o l l e g e o f P o w e r ， N a v a l U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ， Wu h a n 4 3 0 0 3 3 ， C h i n a Ab s t r a c t A e x t e rna l l y mo u n t e d me c h a n i c a l s e a l t e s t i n g d e v i c e o f ma rin e s t e m s h a f t w a s d e s i g n e d ． I t c a n t a k e e ffe c t i v e me a s u r e me n t o f t h e l e a k a g e ， s e a l s u r f a c e t e mp e r a t u r e a n d me d i u m p r e s s u r e ， e t c ． A me c h a n i c a l s e a l e x p e rime n t w a s t a k e n ， wh i c h s h o w t h e u n i f o r mi t y o f t e s t i n g r e s u l t a n d t h e o r y a n a l y s i s a n d v e ri f i e d t h e r e l i a b i l i t y o f t h e d e v i c e ． Ke y wo r d s e x t e rn a l l y mo u n t e d； me c h a n i c a l s e a l ； t e s t i n g d e v i c e ； d e s i g n O 引言 艉轴密封装置安装在艉 轴管 的端部 ．起到保持水 密 ， 防止海水大量漏入舱 内． 对 于油润滑 的艉管轴 承 ， 还起到 防止润滑油外泄的作用 艉轴管位于舱室水线 以下的底部 ． 管理人员难以接近 。 一旦艉 管密封装置发 生问题 ． 就可能迫使舰船进坞或上排修理 ． 因此要求 它 收稿 日期 2 0 1 3 1 0 0 8 作者简介 姚刚 1 9 8 4 一 ， 男 ， 湖北武汉 人 ， 工程师 ， 硕士研 究生 ， 主要研究 方向为液压及密封。 使用可靠 ， 密封效果好 ， 工作寿命长 ， 结构简单 ， 制造和 维修方便 近年来 ．艉轴机械密封的泄漏 问题一直 困扰着我 国船舶的正常使用 ． 总结艉轴机械密封失效形式 ， 寻找 失效原 因．进一步实现实时监控是我国船舶行业 亟待 解决 的问题 目前 ， 对于机械密封实验研究主要集中在泵用 、 釜 用密封中 ．研究中所搭建的实验台也多为内装 、内流 式 。而艉轴机械密封多为外装外流式 ． 针对这种形式而 搭建的实验台较少 本文针对外装式艉轴机械密封监 一 一 - 一 一 - ● 一- ’ 一- 一 一 - 一- 增加支撑装置的减振缓冲部件等 。通过这些措施 ． 可以 有效改变系统结构 固有频率和降低振动峰值 ，进而防 止结 构共 振 的发 生 4 结束语 本 文仅对液压动力站 的单根管路进行 了有 限元分 析 ， 并提出了减振降噪的措施。但是， 对于动力站多根管 路的研究还有待进一步探索。 且在以上的有限元分析中， 对于管内流动液体的温度以及粘度的影响都没有考虑 ． 而在实际的工况下．温度和粘度都可能发生变化并对管 路的振动产生影响 在后面的工作中． 应对此进行考虑 这将对液压动力站管路的减振降噪产生实际意义 参考 文 献 杜 冬菊． 潜艇水 平舵液压 管道减振 降噪研究『 D 1 ． 青 岛 中国海 洋大学． 2 0 0 3 ． 李 伟刚． 王春健． 李兵 尚． 船舶液压 动力站 管路振 动与噪声 的 分析控制f J J ． 机床 与液压， 2 0 1 1 ， 7 ． 徐 丽琼． 船舶输 流管道 系统的振动研究 『 D ] ． 武汉 武汉 理工大 学 ． 2 0 0 9 ． 刘延俊． 液压与气压传动f M1 ． 北京 机械T业 版社， 2 0 0 3 ． 梁 利华． 液压传 动与电液伺服 系统『 M ] ． 哈尔滨 哈尔滨工程 大 学 出版社． 2 0 0 5 ． 李建 明， 陈飞． 液压传 动技术 发展现状 与前景 展望 [ J ] ． 机 床与 液 压 ， 2 0 0 9 ， f 8 ． 张利平． 液压传动与控制【 M】 ． 西安 西北工业大学， 2 0 0 5 ． 一_ p 寸_