Среди требований к виброизоляции важнейшим является требование к диапазону расположения собственных частот колебаний. Геометрические особенности структуры системы виброизоляции и расположения виброизоляторов оказывают существенное влияние на статические и динамические свойства этих систем. Исследуем подвеску судового двигателя на упругих пневмогидравлических виброизолирующих опорах (ПВО) как наиболее перспективных виброзащитных системах СЭУ нового поколения [1-3].
Задачу оптимизации будем решать для случая установки судового двигателя на четырех ПВО, расположенных таким образом, что две любые стоящие опоры попарно симметричны. Оптимизируемыми параметрами являются координаты и углы установки опор [4,5].
Задача стабилизации сводится к отношению таких параметров, при которых принимает минимальное значение целевая функция:
(1)
где: и – соответственно максимальная и минимальная частоты из спектра собственных частот; – базовая частота.
Решение задачи оптимизации происходит в два этапа: на первом находим оптимальные координаты и углы установки основных ПВО, на втором – аналогичные параметры для дополнительных ПВО, представляющих собой добавочные жесткости, установленные в плоскости, параллельной плоскости OXY, наложенные на судовой двигатель в точках крепления основных виброизоляторов.
Рассмотрим судовой двигатель как твердое тело с четырьмя виброизоляторами в виде ПВО. Опоры расположены симметрично относительно плоскостей OXY и OYZ. Обозначим координаты геометрического центра опоры (рис. 1) через , главные жесткости опоры – через .
Рис. 1. Геометрическая иллюстрация для разработки методики расчета установки виброизоляторов в пространстве.
При решении первого этапа задачи в качестве варьируемых параметров выбраны углы установки виброизоляторов φ и α, а также координаты геометрического центра опоры [6]. Варьируя эти параметры находим значения элементов матриц жесткости, спектр собственных частот, после чего вычисляем значение целевой функции. Когда из условия минимума целевой функции выбраны оптимальные значения варьируемых параметров, можно провести второй этап оптимизации. Варьируемыми параметрами на втором этапе будут жесткости и координаты установки дополнительных ПВО.
При решении первого этапа задачи оптимизации в качестве варьируемых параметров были выбраны углы φ и α (изменяющиеся таким образом: 0°≤φ≤80°, 0°≤α≤90°) и координаты геометрического центра опоры: 0,4≤αк≤055, 0,5≤αy≤0,61, 0,35≤αy≤0,7 м.
Зависимость целевой функции W от углов φ и λ показана на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость целевой функции W от углов φ и λ:
1 – при постоянном λ=30°, 2 – при постоянном φ=13,3°
На втором этапе попытаемся приблизить к максимальной частоте значения остальных собственных частот спектра. Этого можно добиться путем установки дополнительных ПВО в плоскости, параллельной OXY, имеющих главные жесткости и (=0 и =0). В результате удалось понизить минимум целевой функции Wmin=0,767 со следующим спектром собственных частот: f1=f3=2,35; f2=1,11; f4=1,6; f5=2,36; f6=1,82 Гц.
Результаты получены при =14 кН/м, =13.3 кН/м и . Если же при этих значениях и проварьировать угол от 0 до 180º, то при =138° целевая функция имеет минимум Wmin=0,666, а наибольшая и наименьшая частоты будут соответственно f5=2,36 и f2=1,22 Гц.
Из рассмотренного видно, что хотя минимальное значение целевой функции и разброс собственных частот изменились мало, удалось повысить практически все собственные частоты.
Таким образом, предлагаемый метод оптимизации позволяет собирать спектр собственных частот системы виброизоляции судового двигателя в достаточно узкую область, что приводит к улучшению виброизолирующих и виброакустических характеристик двигателя.
Список литературы
- Фомичев П.А., Фомичева Е.В. Разработка виброизолирующих опор нового поколения для судовых энергетических установок / Речной транспорт 2004. — №4. — С. 52-54.
- Фомичев П.А., Фомичева Е.В. Исследование вынужденных колебаний виброизолирующей опоры при действии произвольной возмущающей силы / Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. — 2005. — №1-2. — С. 165-170.
- Глушков С.П., Фомичева Е.В. Вынужденные колебания пневмогидравлической виброизолирующей опоры / Двигателестроение. 2003. № 2. С. 31.
- Фомичев П.А., Фомичева Е.В. Исследование эффективности активных виброзащитных систем / Вестник НГТУ. -2005. -№2(20). -С. 111-123.
- Фомичев П.А., Фомичева Е.В. Расчет надежности пневмогидравлической виброизолирующей опоры // Речной транспорт (XXI век). 2006. № 4. С. 47-49.
- Фомичев П.А., Фомичева Е.В. Критерий качества параметрической оптимизации виброизолирующих опор / Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 2. С. 167-169.[schema type=»book» name=»ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННой ВИБРОИЗОЛЯЦИИ СЭУ» description=»Рассматривается методика расчета свободных колебаний судового двигателя в качестве пространственной виброизоляции объекта. Алгоритм преобразования частот вибрации в узком диапазоне задается изменением координат и углов установки таких виброизоляторов как пневмогидравлические виброизолирующие опоры. Предлагаемый метод пространственной оптимизации виброизолирующих систем нового поколения позволяет значительно улучшить качество виброизоляции судовых двигателей.» author=»Фомичев Павел Аркадьевич, Фомичева Елена Валерьевна» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-10″ edition=»euroasia-science.ru_#29_25.08.2016″ ebook=»yes» ]