专利名称：船体表面缓冲减振装置的制作方法
技术领域：
本发明属于振动控制领域，尤其涉及一种防止船体受水流冲击而产生振动的缓冲装置。
背景技术：
随着航运事业的发展，船舶不断向体积大、高速、大功率方向发展，同时为了尽量减少 船舶自重，船体用板及构件相对减薄或减少，导致船舶结构刚度降低，因此在船舶航行过程 中，船体受到螺旋桨高速旋转搅起的水流冲击或风浪的冲击时，会产生较大振动，尤其是导 致船尾振动过大。船体的振动在一定范围内是允许的，但振动过大就会影响船上设备和仪器 的正常工作，降低工作精度，縮短使用寿命，严重时甚至会使船体结构产生疲劳破坏，导致 船体断裂乃致沉没；同时船体振动还严重影响着船员和旅客的乘坐舒适性、船员的工作效率 和身体健康。船体振动已成为航运界一个亟待解决的的问题。针对此问题有减小桨叶直径的 方法，虽然可以在一定程度上降低振动强度，但改变了船的动力性能；直接在船体表面贴附 橡胶层又磨蚀快、易损坏等缺点，因此一直没有找到行之有效又坚固耐用的缓冲减振方法和 装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效隔离各种水力冲击及意外冲击，且使用寿命长的船体表 面缓冲减振装置。
本发明是这样实现的，在船体与水接触的至少部分表面设置弹性元件和挡板，弹性元件 位于挡板和对应船体之间，挡板通过弹性元件与船体相联。
此外，本发明还可以设置与船体固定连接的联接箱体，弹性元件位于挡板和联接箱体之 间，弹性元件通过联接箱体同船体相联，这样便于生产安装和检修更换。挡板与对应船体或 联接箱体之间还可以设置阻尼器或阻尼材料，或弹性元件本身集成带有阻尼。其中，弹性元 件为弹簧、弹性材料或粘弹性材料，包括各种钢弹簧、橡胶弹簧及弹性聚氨酯弹簧等；挡板 可以采用防腐金属板材、橡胶板材或用复合材料制作而成，为防止挡板在使用过程中意处脱 落，损坏螺旋桨或对其他运动部分造成损伤，可以在挡板外侧设置防脱落挡块，必要时还可 以利用该挡块对弹性元件进行预紧；阻尼器包括小孔节流型液压阻尼器、粘弹性材料阻尼器 及粘滞阻尼器等。
应用时，可以利用密封元件将挡板与对应船体或联接箱体之间形成的腔室进行密闭，也
可以将挡板与对应船体或联接箱体之间的腔室设置成开放的，并在腔室内设置密度小于水的 弹性物料。当采用密封元件时，为防止密封部分受到冲刷磨蚀而造成损坏，在密封元件外侧
设置防护板或防护材料，或直接选用耐磨材料。当挡板与对应船体之间的腔室设置成开放式 时，为减轻挡板承受的冲击载荷，还可以在挡板上开设垂直于挡板表面的通孔来进行缓冲耗 能。所述的弹性物料包括气囊、弹性发泡材料、弹性空心球或附带密闭空腔的各种弹性体。 为了不影响船体原来的流线特性，优选的挡板表面与周围船体表面平齐形成连续平滑表面， 或挡板在工作状态下的平均位置与周围船体表面平齐。
本发明船体表面缓冲减振装置利用挡板的惯性质量和弹性元件构成低调谐频率的缓冲减 振系统，使该系统的固有频率小于或大大小于水流周期性激振力的频率，或该系统的固有周 期大于或远大于冲击性激振力的脉冲作用时间。根据动力学原理，当挡板(作为质量)和弹 簧构成减振系统的固有频率低于周期扰力频率的1.4倍或脉冲作用时间的倒数时，部分扰力 或冲击力会被挡板的质量惯性所平衡，箱体或船体的振动幅值或峰值将小于扰力的幅值或冲 击的峰值。而且，挡板的质量越大，弹簧越软，固有频率越低于扰力频率或脉冲作用时间的 倒数，振动的衰减越大。由于振动扰力被挡板的质量惯性所吸收，传到船体的扰力将大大减 少，船体的振动大大降低，在同样的振动限值下，可以提高螺旋桨的转速从而提高船速。
本发明通过在船体表面设置挡板及弹性元件构成的缓冲减振装置，使外部所产生的冲击 与船体隔离，大部分由挡板惯性平衡并由弹性元件缓冲，因此减振效果更佳。由于设置了弹 性元件进行绶冲，且挡板可以随意选用质量大的、耐冲击、耐磨损的材料而不必担心会传递 振动，因此所述的缓冲减振装置更耐水体侵蚀冲击，使用寿命也大大延长。本发明船体表面 缓冲减振装置，结构紧凑，造价低廉，维修便利，隔振效果好，可以广泛应用于各种船舶缓 冲水流冲击船体的振动控制，既适用于缓冲桨叶水流等周期性激振力的场合，也适用于衰减 风浪等形成的随机冲击(或水声)或其它突发性冲击，具有广阔的推广应用前景。
图1为本发明的应用示意图之一。 图2为图1的A部放大图。 图3为本发明的结构示意图之二。 图4为本发明的结构示意图之三。 图5为本发明的结构示意图之四。 图6为本发明的结构示意图之五。
图7为本发明的结构示意图之六。
图8为本发明的结构示意图之七。
图9为本发明的结构示意图之八。
图10为本发明的结构示意图之九。
图11为本发明的应用示意图之二。
图12为本发明的应用示意图之三。
具体实施方式
实施例一
如图l、图2所示，将本发明船体表面缓冲减振装置设置在螺旋桨2上方的船体1上， 所述的船体表面缓冲减振装置包括挡板3、做为弹性元件的钢弹簧4及作为密封元件的弹性 橡胶5。其中，弹性橡胶5通过硫化与船体1及挡板3连接成一体。出于定位的考虑，在船 体1及挡板3上分别设置对中环7，利用对中环7将钢弹簧4的两端进行定位。必要时还可 以将钢弹簧4固定在船体1或/和挡板3上。
船舶航行时，螺旋桨旋转搅动水流对上方冲击形成周期性激振力，该激振力会激发船体 振动，由于其上方船体表面设置了本发明缓冲减振装置，挡板3及弹性橡胶5与船体1间形 成了一个密闭空腔，并且腔室内挡板3与船体1间还设置有钢弹簧4，挡板3和弹簧4构成 了低频调谐隔振系统，所以当水流的周期性激振力作用在挡板3上，就会被挡板的惯性质量 所吸收，传到船体上的扰力幅值将大幅衰减。例如当桨叶频率为21Hz，缓冲减振系统的固有 频率为3Hz，即调谐比为7时，理论上的振动传至船体时，振动衰减将达98%，亦即振动衰减 48倍。实际上，水流还夹杂着其它低于21Hz的频率，另外还有水流和密封橡胶的阻尼作用， 因此实际综合的减振效率会比理论上稍低。如果挡板和船体间的空间充满水，挡板振动时会 挤压吸拉这块水体，由于水体很难逃逸，增加了减振系统的刚度，振动会通过水体继续传到
船体，降低减振效果，因此将挡板与船体间的腔室密封，这样就可以有效的防止振动通过水 体传向船体。
由于挡板与船体分离设置，之间又有弹性元件缓冲，不必顾虑振动传递，所以挡板可以 采用刚性大、强度好、耐腐蚀的材料，其选材范围更宽，有利于提高使用寿命，尤其是钢弹 簧有出色的缓冲减振性能，因此本发明船体表面缓冲减振装置的减振效果更明显，使用寿命 更长，而且维修简便，易于实现。
为保证缓冲隔振效果，挡板的尺寸应以完全覆盖承受螺旋桨搅动水流沖击的船体表面为
宜。为保持船体表面的流线设计，不形成额外阻力，优选地将本发明缓冲减振装置嵌入地设 置在船体表面，使挡板表面与周围船体表面平齐形成连续平滑表面，或使挡板在工作状态下 的平均位置与周围船体表面保持平齐。
实施例二
如图3所示，与实施例一的区别在于，增设了联接箱体21，钢弹簧4位于挡板3和联接 箱体21之间，相应的在联接箱体21上设置用于定位弹性元件的对中环7。作为密封元件的 弹性橡胶5通过硫化与联接箱体21及挡板3连接成一体。将上述结构组装完毕后利用紧固件 整体固定连在船体1上，形成本发明的船体表面缓冲减振装置。当然此处与船体的连接也可 以采用焊接连接或其它固定连接方式，都可以起到同样的效果。
如果挡板和联接箱体间的空间充满水，挡板振动时会挤压吸拉这块水体，由于水体很难 逃逸，增加了减振系统的刚度，振动会通过水体传到联接箱体，进而传至船体，降低减振效 果，因此将挡板与联接箱体间的腔室密封，这样就可以有效的防止振动通过水体传向联接箱 体和船体。
这种结构的缓冲减振装置在使用时，便于快速更换，可以工厂化生产，在工厂组装完毕， 现场安装，大大缩短了现场作业时间。相对实施例一公布方案而言，本实施例更容易操作， 维护也更为方便，因此实用性更强，只是多了联接箱体的质量。选择时可以根据实际情况在 安装维护方便和降低附加质量之间取舍，若更看重安装维护便利的场所，选择增设联接箱体 的方案，若需要尽可能降低附加质量的场所，则选择不添加联接箱体的方案。
实施例三
如图4所示，与实施例一的区别在于，密封元件为弹性聚氨酯5，为防止水流直接冲击 弹性聚氨酯5部分造成密封过快损坏，在挡板3边上悍接设置一块用于遮挡密封区域的防护 板8。为了便于更换钢弹簧4，在船体1与钢弹簧4对应的位置上设置可以拆卸的法兰6，为 防止渗漏，利用密封垫22进行密封。出于定位及方便更换的考虑，将钢弹簧4的一端固定粘 接在法兰6上。
实施例四
如图5所示，与实施例三的区别在于，为强化对弹性密封橡胶5部分的保护，防护板8 采用波纹状的不锈钢板，不锈钢板两端分别与船体1及挡板3燥连，并与密封橡胶硫化为一 体。当受到水流冲击时，不锈钢板可以对弹性橡胶5起到很好的保护作用，而且由于所述的 不锈钢板轧制成波纹状，因此其具有良好的形变能力，可以随弹性橡胶5—起缓冲变形，经
久耐用。此外，为了便于从外部检修更换弹簧，在挡板3上对应钢弹簧4的位置设置法兰6， 利用紧固件11将法兰6与挡板连接在一起。为防止渗漏，利用密封垫22在两者间进行密封。 这种从外部更换弹簧的方法也更为安全可靠、方便。
当然防护板也可以采用表面经防腐处理的、轧制成波纹形状的钢板。为强化防护板8与 弹性橡胶5的联接，还可以将防护板8与弹性橡胶5通过粘接、硫化等手段连为一体。
实施例五
如图6所示，与实施例三不同之处在于为强化缓冲减振耗能作用，外形上采用平滑设计， 采用防护材料8对作为密封元件的弹性橡胶5进行保护，从而省去防护板，防护材料8为聚 脲，既防腐耐磨又耐冲刷，而且还有很好的弹性，也可以将其连续喷涂于密封元件、挡板及 周围船体表面形成保护层。另外，在挡板3与船体1之间设置钢弹簧4的同时，增设了阻尼 器20。
由于阻尼器20的阻尼特性，外界冲击引发的挡板振动能量被阻尼器消耗吸收，转化为热 能，因此能够实现的缓冲减振效果也更为显著。其中，阻尼器20可以是小孔节流型液压阻尼 器、粘弹性材料阻尼器或粘滞阻尼器，如申请号为200410075501. 2的中国专利所描述的阻尼 器。
实施例六
如图7所示，与实施例三的区别在于，密封元件采用密封圈5，当挡板3受到水力冲击 压縮钢弹簧4实现缓冲时，挡板3相对于与密封圈5和船体沿沿密封圈轴向发生相对滑移。 由于采用了滑动密封手段，可以允许较大的振动位移，可以采用更软的弹簧，达到更好的缓 冲减振效果。
为适应挡板发生较大的位移，防护板8采用变形能力强的波纹状不锈钢板。 实施例七
如图8所示本发明船体表面缓冲减振装置，包括挡板3和做为弹性元件的橡胶弹簧4。 其中橡胶弹簧4 一端通过硫化与挡板3设置成一体，另一端通过橡胶弹簧4内设置的固定件 9利用紧固件11与船体1固定在一起。为了使橡胶弹簧具有较好的弹性和变形，橡胶弹簧设 置为中空结构。挡板3及船体1之间的其余空间设置有气囊10。
当水流冲击到挡板3上时，气囊10可以随橡胶弹簧4 一起被压縮，起到良好的缓冲减振 作用，因此水流所产生的激振力及所导致的振动绝大部分被隔离吸收，所以可以有效的降低 船体的振动。
为防止挡板意外脱落，在船体上利用紧固件固定设置防脱挡快17，为缓解振动时挡板与 挡块之间的相互撞击，在挡板与挡块之间设缓冲垫18。此外，当水压(包括静压和平均冲击 压力)较大时，弹性元件变形较大，挡板处会凹陷过大，为避免此情况，可以利用防脱挡块 17或其他措施对弹簧施加预紧力，使水压大于一定初始值时，挡板才进入弹性悬吊状态，亦 即隔振状态。
本例中，挡板与船体间没有设置密封，而是利用气囊防止水体侵占挡板与船体之间的空 间，避免了水体与该部分船体的直接接触传递振动导致降低隔振效果。除使用气囊作为填充 物外，选用密度小于水的弹性发泡材料、弹性空心球或附带密闭空腔的弹性体也都可以实现 同样的效果。 实施例八
如图9所示，与实施例七的区别在于橡胶弹簧4为剪切型弹簧，弹性更好，变形能力大， 阻尼比高，尤其为阻尼橡胶时，可以有效的吸收和耗损激振力能量，缓冲减振效果很好。此 外，在挡板3上还开设有若干垂直于挡板表面的小孔23，当水流冲击挡板3时， 一部分水通 过小孔23冲击在气囊10上，这样挡板3承受的冲击压力得到了很大削弱和缓冲。由于水流 通过小孔的过程中能量被大量消耗，穿过挡板后又被气囊10缓冲阻挡，因此不会对船体造成 振动影响。
由于挡板上设置了通孔，有效的降低了挡板承受的冲击力，因此挡板的磨损及产生的振 动都大大减轻，有利于进一步降低船体振动，并提高本发明缓冲减振装置的使用寿命。
实施例九
如图10所示，作为一种特例，将联接箱体21简化为一块底板，采用附带密闭空腔的高 弹性橡胶板5做为弹性元件，并将其与挡板3和联接箱体21硫化为一体，再利用紧固件ll 通过联接箱体21与船体1固定连接在一起。这样，当水流冲击挡板3时，挡板3和弹性橡胶 板5构成的减振系统可以有效缓冲衰减激振力传到船体的强度，降低船体的振动强度。本例 所述结构也可以隐藏于船体表面之下，使挡板与周围船体平齐，从而不影响船体的流线特性。
本例所述方案结构简单，成本低，易于操作，便于维修更换，适合大量使用。 实施例十
根据本发明的原理，本发明船体表面缓冲减振装置还可以应用在船体其它有水力冲击的 场所。如图11所示，在球鼻14处设置本发明船体表面缓冲减振装置，包括球鼻14、作为弹 性元件的钢弹簧4和作为密封元件的弹性橡胶5，此时球鼻14起到挡板的作用并对弹性橡胶
5起到了保护作用。为了增大球鼻的惯性质量，让球鼻内充入水；为了衰减水力冲击，球鼻 上设有很多垂直于球鼻表面的通孔，球鼻内还可以设置若干空心橡皮球或弹性发泡材料。当 水体在振动压力作用下在通孔间来回通过时，会消耗冲击能量。
当船舶航行时，水浪冲击在球鼻14上，其产生的冲击经球鼻和弹簧4构成的减振系统缓 冲消耗后强度已经被极大削弱，因此对船体l的影响很小，可以有效降低船体的振动强度。
实施例十一
如图12所示，对于振动环境较高的船，如科学考察船或豪华游艇，还可以设置整个覆盖 船底和船侧板的挡板,构成双层船体，以外层船体15作为挡板，在内层船体16与外层船体 15之间设置钢弹簧4，弹簧上附带有固体粘弹性阻尼材料(未示出)，如中国专利申请号为 03112550.6的弹簧，两层船体间还设置有用于密封的弹性橡胶5。为了防止双层船体之间的 空气传递振动或因共鸣放大振动，在双层船体中间设置吸声材料，吸声材料为玻璃棉19。当 然，双层船体之间也可以设置密度小于水的弹性物料。
当水浪冲击外层船体15时，所产生的激振力经外层船体和钢弹簧4缓冲消耗，传至内层 船体16时的激振强度已经被极大的削弱，因此对船上设施及人员的影响小。这种方案不仅可 以隔离缓冲大浪的冲击，还可以隔绝小浪冲击和水声，适合于振动环境较高的船，如科学考 察船或豪华游艇。对于整个没入水下的船舶如水下科考船，可以采用覆盖全部船体的外层船 体作为挡板，两层船体中间设弹簧和阻尼元件。由于外层船体是浮动的，挡板在螺旋桨附近 和外伸仪器附近要避开，或在螺旋桨附近采用轴承座和柔性密封连接。
除了整体覆盖外，还可以仅在重要舱室附近局部大片覆盖，如驾驶室、仪器区和休息区。 除上述实施例中所提到位置外，基于本发明的原理，还可以将本发明应用到船体其它承受水 力冲击的部位，例如舵等，对于控制缓冲持续的激振力或突发性冲击所引起的船体振动，都 可以取得很好的效果。
本发明船体表面缓冲减振装置，结构简单，可实施性强，易于更换维修，可广泛用于各 种船舶船体表面的缓冲隔振。
权利要求
1、一种船体表面缓冲减振装置，其特征在于船体与水接触的至少部分表面设置弹性元件和挡板，弹性元件位于挡板和对应船体之间，挡板通过弹性元件与船体相联。
2、 根据权利要求1所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于减振装置还包括与船体固定连 接的联接箱体，弹性元件位于挡板和联接箱体之间，弹性元件通过联接箱体同船体相联。
3、 根据权利要求1或2所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于利用密封元件将挡板与对 应船体或联接箱体之间形成的腔室进行密闭，密封元件为耐磨的材料，或密封元件外侧设 置防护板或防护材料。
4、 根据权利要求1或2所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于挡板与对应船体或联接箱 体之间的腔室是开放的，腔室内设置密度小于水的弹性物料。
5、 根据权利要求4所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于弹性物料包括气囊、弹性发泡 材料、弹性空心球或附带密闭空腔的弹性体。
6、 根据权利要求1或2所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于挡板与对应船体或联接箱 体之间还可以设置阻尼器或阻尼材料，或弹性元件本身集成带有阻尼。
7、 根据权利要求1或2所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于弹性元件为弹簧、弹性材 料或粘弹性材料。
8、 根据权利要求1或2所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于挡板外侧设置防脱落挡块， 或对弹性元件进行预紧。
9、 根据权利要求1或2所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于挡板表面与周围船体表面 平齐形成连续平滑表面，或挡板在工作状态下的平均位置与周围船体表面平齐。
10、 根据权利要求4所述的船体表面缓冲减振装置，其特征在于挡板上开设垂直于挡板表 面的通孔。
全文摘要
本发明属于振动控制领域，尤其涉及一种防止船体受水流冲击而产生振动的缓冲装置。其是在船体与水接触的至少部分表面设置弹性元件和挡板，弹性元件位于挡板和对应船体之间，挡板通过弹性元件与船体相联。本发明的缓冲减振装置，可使船体外部所产生的冲击与船体隔离，大部分由挡板惯性平衡并由弹性元件缓冲，因此减振效果好，也延长船体使用寿命。本发明可以广泛应用于各种船舶缓冲水流冲击船体的振动控制，既适用于承受桨叶水流等周期性激振力的场合也适用于缓冲风浪等形成的随机冲击或其它突发性冲击场合。
文档编号B63B9/00GK101190707SQ20061010221
公开日2008年6月4日 申请日期2006年12月1日 优先权日2006年12月1日
发明者尹学军 申请人:尹学军