一种用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及动力机械设备的隔振系统设计技术，具体涉及一种用于动力机械设备 的单层隔振系统设计方法。
【背景技术】
[0002] 隔振是一项应用性和理论性都很强的振动控制技术，随着工业化社会的不断发 展，动力机械设备的应用和机械设备振动危害之间的矛盾日益凸显，也促进了大量学者从 事隔振技术的理论和实验研究。在动力机械设备基座安装隔振器，可以有效降低其振动向 安装基础的传递，而隔振器的刚度匹配设计和安装布局设计是隔振系统设计的关键技术， 直接影响到系统隔振性能的高低。
[0003] 目前工程上对于动力机械设备的隔振系统设计方法一般为：根据设备的激励频 率，设定频率比，匹配相应的隔振器垂向刚度，均匀分布在设备基座上，针对设计进行仿真 分析，若仿真结果不满足指标要求，则重新调整设计直到满足，最后通过装机测试验证设计 是否符合要求，若不能满足要求，则需要重新调整隔振系统的设计，通过反复调试以满足要 求。但是，现有技术的隔振系统设计方法存在下述缺点：目前隔振系统设计方法的设计理念 缺乏明确的指向性，无论是仿真分析还是装机测试，均需要反复调试，尽管某些设计方案能 够达到指标要求，但很多情况下，该设计并非最佳的设计方案，还有改善的余地，凸显其设 计效率低，更需要设计师具有丰富的工程实践经验。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种同时兼顾隔振率 和解耦率两个设计目标，在保证隔振率的同时有效降低各阶刚体模态的耦合作用影响，能 够真正提升隔振系统的隔振性能，设计过程中无需反复调试，得到的设计参数为最优值，效 果评估参数必能满足指标要求，设计结果准确高效的用于动力机械设备的单层隔振系统设 计方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种用于动力机械设备的单层隔振系统设计方法，步骤包括：
[0007] 1)对动力机械设备的振源进行振动特性测试，获取振源的激励频率f和隔振性能 参数；
[0008] 2)获取动力机械设备的惯性参数；
[0009]3)确定单层隔振系统中的隔振器个数η;
[0010]4)根据动力机械设备的实际工程设计环境确定单层隔振系统设计的约束条件，所 述约束条件包括单层隔振系统中隔振器的布局约束条件、动力机械设备的垂向静位移限值 约束条件、单层隔振系统中减振器的垂向静位移一致性约束条件、单层隔振系统中隔振器 的横垂及纵垂刚度比约束条件；
[0011] 5)建立隔振率和综合解耦率的优化目标函数，作为单层隔振系统设计的设计目 标；
[0012] 6)根据振源的激励频率f和隔振性能参数、动力机械设备的惯性参数、单层隔振 系统中的隔振器个数n、所述单层隔振系统设计的约束条件、所述单层隔振系统设计的设计 目标建立多体动力学模型，在所述多体动力学模型的基础上利用粒子群优化算法对单层隔 振系统设计进行优化计算，得到单层隔振系统中隔振器的刚度优化参数和布局优化参数。
[0013] 优选地，所述步骤2)中获取动力机械设备的惯性参数具体是指对动力机械设备 进行三线摆试验得到动力机械设备的惯性参数，或者对动力机械设备的三维模型进行计算 得到动力机械设备的惯性参数；所述得到动力机械设备的惯性参数包括质量m，质心位置、 转动惯量和惯性积。
[0014] 优选地，所述步骤4)中单层隔振系统中隔振器的布局约束条件如式（1)所示，动 力机械设备的垂向静位移限值约束条件如式（2)所示，单层隔振系统中减振器的垂向静位 移一致性约束条件如式（3)所示，单层隔振系统中隔振器的横垂及纵垂刚度比约束条件如 式⑷所示；
[0015]
⑴
[0016] 式⑴中AAA为单层隔振系统中第i个隔振器的安装位置，aI，γι为单 层隔振系统中第i个隔振器的安装角度，Xl._、yi._、Zl._分别为第i个隔振器的x、y、z轴 坐标的下限值，Xl._、yi._、Zl._分别为第i个隔振器的x、y、z轴坐标的上限值，αβl _、分别为单层隔振系统中第i个隔振器α、β、γ方向角度的下限值，α、_、 _、y 分别为单层隔振系统中第i个隔振器α、β、γ方向角度的上限值；
[0017]
(2)
[0018] 式⑵中，Klz为单层隔振系统中第i个隔振器的垂向刚度，η为单层隔振系统中 隔振器的数量，m为单层隔振系统总质量，g为重力加速度，s_为动力机械设备允许的最大 静位移；
[0019]
[0020] 式⑶中A为第i个隔振器的载荷，Klz为第i个隔振器的垂向刚度，η为单层隔 振系统中隔振器的数量，s为允许垂向静位移；
[0021] (4)
[0022] 式⑷中，Klz为第i个隔振器的垂向刚度，Klx为第i个隔振器的横向刚度，Kly为 第i个隔振器的纵向刚度，zx_、zx_分别为纵垂刚度比的下限和上限，zy_、zy_分别为 横垂刚度比的下限和上限。
[0023] 优选地，所述步骤5)中建立的隔振率的优化目标函数如式（5)所示；
[0024]
(5)
[0025」XVWT，J0I4振率的优化目标函数结果，N为单层隔振系统被配置的固有频 率阶数，ni为单层隔振系统第i阶频率的加权因子，变量s^勺计算函数表达式如式（6)所 示；
[0026]
(€)
[0027] 式（6)中，X为设计变量向量；fjx)为单层隔振系统的第i阶固有频率，gl_、gl_ 分别为单层隔振系统第i阶固有频率的配置极小值和极大值。
[0028] 优选地，所述步骤5)中建立综合解耦率的优化目标函数如式（7)所示；
[0029]
(7)
[0030] 式（5)中，1为综合解耦率的优化目标函数结果，N为单层隔振系统被配置的固有 频率阶数，ni为单层隔振系统第i阶频率的加权因子，EP^为系统第i阶模态振动时第i 个广义坐标的解耦率，EPij^计算函数表达式如式（8)所示；
[0031]
(8)
[0032] 式⑶中，EP+为系统第j阶模态振动时第k个广义坐标的解耦率，当EP^为100% 时表明第j阶阶模态完全解耦；N为单层隔振系统被配置的固有频率阶数，辦々../)、舛/../) 分别为第j阶振型的第k个和第1个元素，M(k，1)为单层隔振系统质量矩阵的第k行第1 列元素。
[0033] 优选地，所述步骤6)中的详细步骤包括：
[0034] 6. 1)根据振源的激励频率f和隔振性能参数、动力机械设备的惯性参数、单层隔 振系统中的隔振器个数n、所述单层隔振系统设计的约束条件、所述单层隔振系统设计的设 计目标建立如式（9)所示的多体动力学模型；
[0035]
m
[0036] 式（9)中，Μ为隔振系统的质量矩阵，K为刚度矩阵，C为阻尼矩阵，{q}为广义坐 标列向量；{F(t)}为系统的所受激励力列向量；
[0037] 6. 2)在所述多体动力学模型的基础上利用粒子群优化算法初始化一群随机粒子， 其中粒子i的位置和速度的D维向量形式如式（10)所示；
[0038]
(10)
[0039] 式（10)中，\为粒子i的位置，Vi为例子i的速度，XlD为粒子i的第D维的位置 标量，viD为粒子i的第D维的速度标量；
[0040] 6. 3)各个粒子基于所述多体动力学模型开始查找个体极值pBest和全局极值 gBest，当每一个粒子在找到个体极值pBest和全局极值gBest后，采用式（11)所示函数表 达式更新自己的速度和位置，最终飞至解空间中最优解所在的位置，搜索过程结束并最终 输出全局最优解，确定单层隔振系统中隔振器的刚度优化参数和布局优化参数；
[00411
[0042] 式（11)中，ι4+1为粒子i在第t+Ι次迭代中第d维的速度，沁为粒子i在第t次迭 代中第d维的速度，xf为粒子i在第t+Ι次迭代中第d维的当前位置，笔为粒子i在第t次 迭代中第d维的当前位置，为粒子i在第t次迭代中找到的个体极值pBest， 为粒子i在第t次迭代中找到的个体极值gBest，ram/丨(）、/w〃A()均为（〇, 1)之间的随机 数，(^、c2为加速因子，ω是加权系数。
[0043] 优选地，所述步骤6)包括对隔振器的刚度优化参数和布局优化参数进行优化效 果评估的步骤，所述优化效果评