一种可调式单层及双层隔振系统振动试验台及试验方法与流程

本发明涉及减隔振系统的振动试验技术领域。

背景技术：

振动是自然界最普遍的现象之一，在许多情况下，振动被认为是消极因素。例如，振动会影响精密设备加工精度，加剧构件疲劳和磨损，缩短机器使用寿命；振动还可能引起结构的大变形破坏，造成事故；还会影响人在车船、机舱和机器工作处所等环境下的舒适性，甚至危害人的健康。

减振通常有两种措施，一是通过机械设备的合理设计，减少设备自身的振动。二是在传播途径上吸收和隔离振动，从而尽量减少机械振动向外传播的能量。目前常采用被动隔振的方法来降低机械设备的振动，即在振源和基座之间安装各种隔振装置，如单层隔振装置、双层浮筏隔振装置等，还可以在设备和基座上安装动力吸振器，吸收和消耗设备振动能量。如果在单层隔振系统中插入一个弹簧质量元件，就成为一个双层隔振系统，它主要由两层隔振器和中间筏体组成，且中间筏体质量与被隔振设备质量的比值会影响双层隔振系统的隔振效果。相比于单层隔振系统，双层隔振系统的隔振效果更加优越，适用于对振动噪声要求严格控制的领域。

隔振器和动力吸振器是用于控制振源振动和降低振动传递的常用措施，与振源设备和基座共同组成一个减隔振系统，该系统在设计时对质量、刚度和阻尼等参数的合理匹配具有很高要求。为了准确测试减隔振系统的动态性能和减隔振效果，可通过在实验室内搭建试验台架进行振动试验来实现。振动试验台是用于在实验室内模拟真实振动环境效应的试验设备，为了能实现双层隔振系统和动力吸振器系统的组装、激振和试验数据采集，同时又能通用于多种类型隔振器和吸振器，对试验台搭建有其特殊和严格的要求。

激励是指作用于系统的外力（或其他输入），使系统以某种方式产生响应。 响应是指系统的输出量。传递率是指系统受迫振动的响应与激励的无量纲复数比。振动传递比T是指隔振后的部件振动和隔振前的部件振动之比。隔振率η=（1-T）*100%。

现有技术主要涉及用于解决具体振动问题的隔振装置，而非用于减隔振系统的通用试验台架，且绝大部分技术方案的质量、质心、刚度和安装位置等参数不能调节。例如公布号为CN102644694A的商用机械设备弹性基础浮筏隔振系统，以及公布号为CN201103649Y的一种浮筏式双层隔振装置，安装于实船或换热站的机械设备上，由两层隔振器和中间筏体组成，在设计定型后，缺乏系统参数调整的功能，只能应用于特定场合下的特定隔振器，更不具备通用试验台的功能。在公告号为CN200949633Y的可调质量比双层隔振装置，它可通过在质量空腔内装填颗粒状或粉末状物质来实现中间质量调节，虽然具备调节筏体质量的功能，但该部分质量未与筏体刚性连接成一体，在高频振动环境下并不能与筏体同步承担振动能量，会影响系统振动传递和能量分布特性，而且该装置同样是针对某一应用对象设计，设备质量、激振频率、筏体尺寸、机架刚度和隔振器等参数不能调节，也不能用于动力吸振器性能试验，因而也不能作为通用试验台架来使用。

现有技术存在以下缺点：

① 现有技术为应用于某些特定场合的隔振装置，安装于机械设备正常作业环境下，不能作为实验室通用振动试验台来使用；

② 不能同时进行双层隔振器和动力吸振器的性能试验；

③ 筏体尺寸、质量和质心不能调节；

④ 振源设备质量和激振频率不能调节；

⑤ 基础机架的刚度不能调节；

⑥ 现有技术在设计定型后，只适用于某一类固定接口尺寸的隔振器，而不能适用于多种不同接口尺寸的隔振器；

⑦ 现有技术不包括振动测试设备，更不能测试隔振器所传递的载荷力。

技术实现要素：

本发明提供了一种可调式单层及双层隔振系统振动试验台及试验方法，其能够进行双层隔振系统和动力吸振器系统的性能试验，既可以分析评价隔振性能或吸振性能，也可以为系统参数的匹配调试和优化设计提供指导和验证。

本发明的技术方案是：一种可调式双层隔振系统振动试验台，包括振源设备、动力吸振器、设备隔振器、筏体、基础隔振器、基础机架、T型槽；所述基础机架安装在T型槽上，所述筏体位于基础机架上面；振源设备位于筏体上面；基础隔振器安装在筏体和基础机架之间，设备隔振器安装在振源设备和筏体之间；振源设备和/或筏体上安装有动力吸振器。

所述的可调式双层隔振系统振动试验台还包括用于采集振动信号和分析减隔振性能的振动测试系统和连接振源设备的变频器。

振源设备包括振源、振源底板、设备砝码、设备机架；设备砝码安装在设备机架上，振源底板安装在设备砝码上，振源安装在振源底板上；所述振源采用变频振动电机或激振器；设备砝码由多层质量块叠加而成；所述振源、振源底板、设备砝码和设备机架通过螺栓连接成一个整体；设备隔振器安装在设备机架和筏体之间；动力吸振器包括动力吸振器一和动力吸振器二，动力吸振器一通过螺栓连接方式或粘接方式安装在振源底板上，动力吸振器二通过螺栓连接方式或粘接方式安装在筏体上。

筏体包括通过螺栓并排连接在一起的大筏体和小筏体，大筏体和小筏体上均设置有筏体大砝码和筏体小砝码；筏体内部设有若干个用于填装筏体大砝码或筏体小砝码的空腔，筏体大砝码或筏体小砝码与筏体之间通过螺栓紧固连接；筏体上设有若干个用于安装设备隔振器或基础隔振器的安装孔位；动力吸振器包括动力吸振器一和动力吸振器二，动力吸振器一通过螺栓连接方式或粘接方式安装在振源设备上，动力吸振器二通过螺栓连接方式或粘接方式安装在大筏体或小筏体上。

所述的可调式双层隔振系统振动试验台还包括过渡板组件，所述过渡板组件包括过渡板组件一和过渡板组件二，过渡板组件一包括分别连接在设备隔振器上面和下面的上过渡板一和下过渡板一；过渡板组件二包括分别连接在基础隔振器上面和下面的上过渡板二和下过渡板二；设备隔振器通过上过渡板一与振源设备紧固连接、通过下过渡板一与筏体紧固连接；振源设备下面和筏体下面均设有举升装置，所述举升装置为千斤顶，用于在可调式双层隔振系统振动试验台整体组装状态下对设备隔振器或基础隔振器进行快速拆卸和更换；基础隔振器通过上过渡板二与筏体紧固连接、通过下过渡板二与基础机架紧固连接。

所述振源设备与设备隔振器的连接处或设备隔振器与筏体的连接处、基础隔振器与筏体的连接处或基础隔振器与基础机架的连接处、动力吸振器与振源设备的连接处、动力吸振器与筏体的连接处均设置有力传感器；所述紧邻设备隔振器的振源设备与筏体、紧邻基础隔振器的筏体与基础机架、紧邻动力吸振器的振源设备或筏体、动力吸振器质量块上均安装有振动加速度传感器或位移传感器；所述基础机架与T型槽通过螺栓或弹性元件连接，所述弹性元件为橡胶弹性垫板、钢弹簧或空气弹簧。

一种可调式单层设备隔振器系统振动试验台，包括振源设备、动力吸振器、设备隔振器、筏体、基础机架、T型槽；所述基础机架安装在T型槽上，所述筏体安装在基础机架上；振源设备位于筏体上面；设备隔振器安装在振源设备和筏体之间，振源设备和/或筏体上安装有动力吸振器。

一种可调式单层基础隔振器系统振动试验台，包括振源设备、动力吸振器、筏体、基础隔振器、基础机架、T型槽；所述基础机架安装在T型槽上，所述筏体位于基础机架上面；振源设备安装在筏体上；基础隔振器安装在筏体和基础机架之间，振源设备和/或筏体上安装有动力吸振器。

一种可调式双层隔振系统振动试验方法，从下至上依次设置基础机架、筏体和振源设备，将基础隔振器安装在基础机架和筏体之间，将设备隔振器安装在筏体和振源设备之间，将动力吸振器安装在筏体和振源设备上，模拟基础隔振器、设备隔振器、动力吸振器的安装环境和工作环境，采集振动信号，获取基础隔振器、设备隔振器、动力吸振器的动态特性参数，分析减隔振性能和系统固有频率，分析有/无动力吸振器时的振动插入损失，预测吸振性能。

所述的可调式双层隔振系统振动试验方法，采用上述的可调式双层隔振系统振动试验台进行试验，包括以下步骤：

步骤一：安装可调式双层隔振系统振动试验台：

A、安装基础机架：将T型槽安放好，将基础机架通过螺栓安装到T型槽上；

B、安装基础隔振器：将基础隔振器通过下过渡板二与基础机架紧固连接，再在基础隔振器上面安装好上过渡板二；

C、安装筏体：将大筏体和小筏体通过螺栓固定安装在上过渡板二上，并将大筏体和小筏体通过螺栓并排连接在一起，在大筏体和小筏体上通过螺栓紧固连接好筏体大砝码或筏体小砝码，筏体靠近两端放置筏体小砝码、筏体中部放置筏体大砝码；

D、安装设备隔振器：将设备隔振器通过下过渡板一与筏体紧固连接，再在设备隔振器上面安装好上过渡板一；

E、安装振源设备：将设备机架通过螺栓与上过渡板一紧固连接，在设备机架上安装设备砝码，在设备砝码上安装振源底板，在振源底板上安装振源，将振源、振源底板、设备砝码和设备机架通过螺栓连接成一个整体；

F、安装传感器：在振源设备与设备隔振器的连接处或设备隔振器与筏体的连接处、基础隔振器与筏体的连接处或基础隔振器与基础机架的连接处、动力吸振器与振源设备的连接处、动力吸振器与筏体的连接处安装力传感器；在紧邻设备隔振器的振源设备与筏体、紧邻基础隔振器的筏体与基础机架、紧邻动力吸振器的振源设备或筏体、动力吸振器等部位上安装振动加速度传感器或位移传感器；

G、安装振动测试系统和变频器：将变频器连接好振源设备；将振动测试系统安装连接好；

步骤二：启动可调式双层隔振系统振动试验台，通过激振器功率放大器或变频振动电机偏心质量块调节振源的激振力大小，以及通过变频器调节振源的振动工作频率，实施定频、扫频、倍频或随机激振，再通过振动测试系统采集振动信号，获取基础隔振器、设备隔振器、动力吸振器的动态特性参数；

步骤三：通过振动测试系统分析基础隔振器和设备隔振器的减隔振性能以及隔振系统的固有频率；分析有/无动力吸振器时的振动插入损失以及动力吸振系统的固有频率，预测吸振性能；完成可调式双层隔振系统振动试验。

本发明的优点：① 不局限于特定场合，能作为实验室通用振动试验台来使用。② 能同时进行双层隔振器和动力吸振器的性能试验。③ 即可作为双层隔振系统使用，也可组装为单层隔振系统使用。④ 筏体尺寸、筏体质量、筏体质心、振源设备质量、激振力大小、激振方向、激振频率、基础机架刚度均能调节。⑤ 砝码与筏体之间刚性连接，不影响系统振动传递和能量分布。⑥ 含过渡连接装置，能适用于多种不同接口尺寸的隔振器和动力吸振器，且安装数量和安装位置可以调节。⑦ 包含了振动测试设备，能采集和分析振动加速度、位移、转速和力信号，以及隔振器和动力吸振器所传递的载荷力。

附图说明

图1为本发明实施例中的可调式双层隔振系统振动试验台的结构示意图。

图2为本发明实施例中的筏体内部结构示意图。

图3为本发明实施例中的过渡板组件一的安装结构示意图。

图4为本发明实施例中的过渡板组件二的安装结构示意图。

附图标记说明：振源1、振源底板2、设备砝码3、设备机架4、动力吸振器一5、上过渡板一6、设备隔振器7、下过渡板一8、大筏体9、小筏体10、筏体大砝码11、筏体小砝码12、动力吸振器二13、上过渡板二14、基础隔振器15、下过渡板二16、基础机架17、T型槽18。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种可调式双层隔振系统振动试验台，主要包括振源1、振源底板2、设备砝码3、设备机架4、动力吸振器一5、上过渡板一6、设备隔振器7、下过渡板一8、大筏体9、小筏体10、筏体大砝码11、筏体小砝码12、动力吸振器二13、上过渡板二14、基础隔振器15、下过渡板二16、基础机架17、T型槽18、变频器和振动测试系统。其中，动力吸振器一5、设备隔振器7、动力吸振器二13、基础隔振器15是被试件，可以根据试验需要替换不同样件或类型。

如图1所示，振源1、振源底板2、设备砝码3和设备机架4之间通过螺栓刚性连接成一个部件，用来模拟实际机器设备的质量和工作频率，其中振源1可以采用变频振动电机来实现，也可以采用专业激振器来实现；设备砝码3由多层质量块叠加而成，其重量可以根据设备隔振器7的承重要求情况进行调节。动力吸振器一5通过螺栓或粘接等方式安装在振源底板2上，用来控制机器设备振动，并通过振动试验评价动力吸振器的性能参数和吸振效果。如图1和图3所示，过渡板组件一包括分别连接在设备隔振器上面和下面的上过渡板一和下过渡板一。设备隔振器7通过上过渡板一6与设备机架4紧固连接，以及通过下过渡板一8与大筏体9或小筏体10紧固连接，用来隔离设备振动向外传递，并通过振动试验评价设备隔振器的性能参数和隔振效果，其中上过渡板一6和下过渡板一8起到过渡安装连接的适配器作用，能满足多种不同接口尺寸隔振器安装，也可根据新的安装需要重新设计和更换。此外，通过安装接口设计，设备隔振器的数量和安装位置可以实现调节。在设备机架4下方使用千斤顶等举升装置将振源设备抬升，方便设备隔振器的安装与拆卸。在上过渡板一6与设备隔振器7之间安装力传感器，可以测试设备隔振器所传递的动态载荷大小和频谱特性。

如图2所示，筏体由大筏体9、小筏体10、筏体大砝码11和筏体小砝码12组成（构成筏体组件，即筏体），大筏体9、小筏体10、筏体大砝码11和筏体小砝码12之间通过螺栓刚性紧固连接，也可将两个筏体拆分开来单独使用，从而有三种不同规格尺寸的筏体可供选择和使用。砝码有2种大小规格的砝码：筏体大砝码11和筏体小砝码12，可实现重量粗调和细调。筏体内部空间分为很多个空腔，内部可选择性的填装砝码，筏体靠近两端放筏体小砝码、中间放置筏体大砝码，从而可大幅度调节筏体质量，也可以调节筏体的质心位置，并且每个砝码与筏体之间通过螺栓组件紧固连接，以保证砝码质量与筏体质量在振动环境下为整体。筏体上预留多个隔振器（包括设备隔振器和基础隔振器）安装孔位置，安装数量和位置可根据需要改变。如图1所示，动力吸振器二13通过螺栓或粘接等方式安装在大筏体9或小筏体10上，用来控制筏体振动，并通过振动试验评价动力吸振器的性能参数和吸振效果。

筏体尺寸/质量/质心、振源设备质量/频率/振幅、基础机架支撑刚度等参数能实现调节；设备隔振器、基础隔振器和动力吸振器的类型、安装数量和位置可以改变。

如图1和图4所示，过渡板组件二包括分别连接在基础隔振器上面和下面的上过渡板二和下过渡板二。基础隔振器15通过上过渡板二14与大筏体9或小筏体10紧固连接，以及通过下过渡板二16与基础机架17紧固连接，用来隔离筏体振动向基础传递，并通过振动试验评价基础隔振器的性能参数和隔振效果，其中上过渡板二14和下过渡板二16起到过渡安装连接的适配器作用，能够满足多种不同接口尺寸隔振器安装，也可以根据新的安装需要重新设计和更换。此外，通过安装接口设计，基础隔振器的数量和安装位置可以实现调节。在大筏体9和小筏体10下方使用千斤顶等举升装置将筏体抬升，方便基础隔振器的安装与拆卸。在上过渡板二14与基础隔振器15之间安装动态力传感器，可以测试基础隔振器15所传递的动态载荷大小和频谱特性。

如图1所示，为了能调节基础机架17的刚度，基础机架与T型槽18的连接方式可以根据需要采用螺栓刚性连接，也可以采用所需刚度的弹性元件进行连接，例如橡胶弹性垫板、钢弹簧、空气弹簧等。

在进行振动试验时，在振源设备、隔振器（包括设备隔振器和基础隔振器）上下端、动力吸振器（包括动力吸振器一和动力吸振器二）质量块、筏体、基础机架等部位处安装振动加速度传感器或位移传感器，以及在设备隔振器与设备机架连接处（或设备隔振器与筏体连接处）、基础隔振器与筏体连接处（或基础隔振器与基础机架连接处）、动力吸振器与机架（包括基础机架和设备机架）或筏体连接处等部位安装力传感器。通过专业激振器功率放大器或变频振动电机偏心质量块调节振源1的激振力大小，以及通过变频器调节振源1的振动工作频率，可实施定频、扫频、倍频或随机激振，再通过振动测试系统采集振动信号，从而分析隔振系统和动力吸振器系统的减隔振性能，以及为系统参数的匹配调试、主动控制算法调试和优化设计提供指导和验证。

本发明具备隔振器性能试验功能，可组装成浮筏双层隔振器系统进行试验，此时筏体在两层隔振器（设备隔振器和基础隔振器）之间；也可组装成单层设备隔振器系统进行试验，此时筏体与基础机架刚性连接；还可以组装成单层基础隔振器系统进行试验，此时振源设备与筏体刚性连接。

本发明具备动力吸振器性能试验功能，动力吸振器可安装在振源设备机脚上，也可安装在筏体上。振动试验台的系统关键参数可以实现调节，包括振源设备质量、激振力大小、激振方向、激振频率、筏体规格尺寸、筏体质量、筏体质心、机架刚度。筏体可拆分为两种规格尺寸的分筏体（大筏体或小筏体）使用，也可组装为筏体使用。筏体内部可以填装砝码，质量和质心可以大幅调节。隔振器和动力吸振器的安装数量及安装位置均可以实现调节。在隔振器与筏体或机架的连接处布置有力传感器，以及在动力吸振器与机架或筏体的连接处布置力传感器，可以测试隔振器或吸振器所传递的力，分析系统力传递率。通过过渡连接板（过渡板组件）设计，使试验台能适用于多种不同接口尺寸类型的隔振器或动力吸振器的安装。

本发明针对现有技术缺点，提出了新的解决方案，涉及一种减隔振系统的振动试验台装置，特别是涉及一种双层浮筏隔振系统试验台，该试验系统的质量、质心、刚度、频率等参数能实现调节，能组合或拆分成三种不同尺寸的筏体，配备有振动测试设备，能同时进行双层隔振器和动力吸振器的性能试验，也能适用于不同接口尺寸和承载力的隔振器。

本发明所涉及试验台装置能模拟船舶、车辆、风力机组等设备隔振器的安装环境，为单层隔振器和双层浮筏隔振器系统等被试件提供试安装条件，模拟电机、泵等设备的激励特性，获取隔振系统的固有频率、动刚度、阻尼等动态特性参数，分析传递率、隔振率、振级落差、插入损失等减隔振性能。还能为动力吸振器被试件提供试安装条件和模拟激励，获取固有频率、动刚度、阻尼比等动态特性参数，分析有/无吸振器时的振动插入损失，预测吸振性能。还能为系统参数的匹配调试、主动控制算法调试和优化设计提供指导和验证，提高主/被动减振元件开发的成功率。

以上只例举了一个具体实施例，但只要是利用本发明的装置原理、构建方案进行试验，无论方案是什么形状、尺寸，都在本发明的保护范围之内。