船載放射性污染檢測裝置的減振設(shè)計與分析

屈馳 曾云翔 賈輝

摘? 要：根據(jù)船載設(shè)備的安裝與使用環(huán)境，采用新型減振器對船載放射性污染檢測裝置進行了整體減振設(shè)計。通過對設(shè)備整體減振系統(tǒng)的載荷計算，并依據(jù)艦船振動試驗條件對減振系統(tǒng)進行仿真分析，分析結(jié)果表明，船載放射性污染檢測裝置減振系統(tǒng)設(shè)計方案滿足抗振動及可靠性指標要求，能為相關(guān)設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：檢測裝置;船載;減振;分析

中圖分類號：U664? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）30-0102-02

Abstract： According to the installation and use environment of shipborne equipment， a new type of shock absorber is used to reduce the vibration of shipborne radioactive pollution detection device. Through the load calculation of the integral damping system of the equipment， and according to the vibration test conditions of the warship， the simulation analysis of the damping system is carried out. The design scheme of vibration damping system of shipborne radioactive pollution detection device meets the requirements of anti-vibration and reliability index， and can provide reference for related design.

Keywords： detection device; shipborne; vibration reduction; analysis

引言

船載放射性污染檢測裝置配置于船艙內(nèi)，專門用于人員沾染全覆蓋、高精度、一體化復(fù)合檢測的專業(yè)級固定式艦船核輻射醫(yī)學(xué)檢測設(shè)備。該裝備的研制有助于我國建立健全輻射健康防護管理體系，符合我國核檢測裝備國產(chǎn)化、智能化的發(fā)展趨勢，應(yīng)用前景廣闊[1]。

現(xiàn)有的放射性污染檢測設(shè)備主要固定于室內(nèi)廠房地面上，空間寬敞，抗振需求不高，且采用常規(guī)的膠墊進行減振。但海上環(huán)境嚴苛，振動環(huán)境復(fù)雜，且空氣中濕度大、鹽度高，容易腐蝕膠墊;針對以上問題，須對船載放射性污染檢測裝置采用諸如APN鋼絲繩減振器等具備不老化、耐腐蝕、高內(nèi)在阻尼、低共振放大、強沖擊衰減、寬溫度范圍等特點的新型減振器材，并進行減振結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析，以保障設(shè)備在復(fù)雜海況下的安全使用。

1 設(shè)備的整體參數(shù)

船載放射性污染檢測裝置由設(shè)備主體及減振系統(tǒng)組成如圖1所示。

根據(jù)船艙內(nèi)的安裝使用空間要求，設(shè)備主體外形設(shè)計尺寸為1000mm×800mm×2200mm。

同時基于結(jié)構(gòu)三維模型和元器件理論重量，計算設(shè)備重量，計算結(jié)果誤差在±8%范圍內(nèi)。設(shè)備計算總重：258kg，設(shè)備實際總重：238～278kg。

2 設(shè)備的減振系統(tǒng)設(shè)計

為保障設(shè)備整體減振效果及可靠性，整體減振系統(tǒng)由8個鋼絲繩減振器及附件組成。特選艦船用APN鋼絲繩減振器，該減振器具有不老化、耐腐蝕、高內(nèi)在阻尼、低共振放大、強沖擊衰減、寬溫度范圍等特點。

該型號鋼絲繩減振器承載參數(shù)：

（1）最大靜態(tài)承載：77kg。

（2）最大動態(tài)承載：31mm。

根據(jù)設(shè)備的重心及艦船振動環(huán)境將減振器在設(shè)備上進行安裝布局[2]如圖2所示。

（1）設(shè)備底部設(shè)置6個減振器與艙內(nèi)地面甲板用螺栓固定。

（2）設(shè)備背面靠近頂面2個減振器與艙內(nèi)墻面甲板用螺栓固定。

3 設(shè)備整體振動系統(tǒng)計算、仿真

3.1 設(shè)備整體振動系統(tǒng)計算

（1）靜態(tài)承載計算：

本設(shè)備底部安裝6個減振器，頂部側(cè)面安裝2個減振器，整體減振系統(tǒng)最大靜態(tài)承載為462kg（77kg×6個）。

本設(shè)備靜態(tài)重量≤280kg，人員重量≤100kg，總計靜態(tài)重量≤380kg。

結(jié)論：整體減振系統(tǒng)最大靜態(tài)承載462kg≥設(shè)備最大靜態(tài)重量380kg，因此整體減振系統(tǒng)滿足設(shè)備靜態(tài)承載技術(shù)要求。

（2）動態(tài)承載計算：

a.根據(jù)艦船設(shè)備實驗室環(huán)境試驗方法：振動試驗部分[3]，試驗環(huán)境要求：振動頻率1～16Hz，位移1mm。

結(jié)論：振動試驗位移1mm<整體減振系統(tǒng)最大動態(tài)承載31mm，因此整體減振系統(tǒng)滿足設(shè)備動態(tài)承載技術(shù)要求。

b.根據(jù)可靠性鑒定和驗收試驗要求：水面艦船振動頻譜，運輸時頻率范圍10～200Hz。改設(shè)備用于水面艦船，振動頻率1～16Hz，實際適用振動頻率10～16Hz，對應(yīng)加速度功率譜密度為0.5～0.8（m/s2）2/Hz。

10Hz振動頻率條件下：a2=0.5（m/s2）2/Hz ×10Hz，得a=2.24m/s2

16Hz振動頻率條件下：a2=0.8（m/s2）2/Hz ×16Hz，得a=3.58m/s2

根據(jù)公式2L=（1/2）×at2，L為位移，2L為一個周期內(nèi)2倍位移，a為加速度，t為1個周期時間[4]，既：

10Hz振動頻率條件下：2L=2.24×（1/10）2×1/2，得L=0.0056m=5.6mm

16Hz振動頻率條件下：2L=3.58×（1/16）2×1/2，得L=0.0035m=3.5mm

結(jié)論：本設(shè)備動態(tài)載荷為3.5mm～5.6mm，小于整體減振系統(tǒng)最大動態(tài)承載31mm，因此整體減振系統(tǒng)滿足設(shè)備動態(tài)承載技術(shù)要求。

3.2 設(shè)備整體振動系統(tǒng)仿真

本設(shè)備整體振動系統(tǒng)仿真如下：

（1）仿真輸入

10Hz振動頻率，加速度2.24m/s2，振幅5.6mm

16Hz振動頻率，加速度3.58m/s2，振幅3.5mm

（2）仿真結(jié)果

減振器靜態(tài)撓度：2～2.3mm

減振器動態(tài)撓度：

10Hz偏轉(zhuǎn)1.2mm（見圖3）

16Hz偏轉(zhuǎn)0.12mm（見圖4）

（3）仿真結(jié)論

10Hz時，輸入振幅5.6mm通過減振系統(tǒng)衰減后，設(shè)備振幅變?yōu)?.2mm。

16Hz時，輸入振幅3.5mm通過減振系統(tǒng)衰減后，設(shè)備振幅變?yōu)?.12mm。

以上對比，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備振幅大幅衰減至較小數(shù)值，具有較好的安全性和可靠性[5]，因此整體減振系統(tǒng)滿足設(shè)備抗振技術(shù)要求。

4 結(jié)束語

通過以上對船載放射性污染檢測裝置減振系統(tǒng)方案的載荷計算及仿真分析，該減振設(shè)計方案滿足艦船環(huán)境抗振動及可靠性指標要求，不會對設(shè)備探測器的測量結(jié)果造成影響。通過樣機驗證，船載放射性污染檢測裝置的檢測效果良好。

參考文獻：

[1]楊朝文.電離輻射防護與安全基礎(chǔ)[M].原子能出版社，2009，3.

[2]李慧，馬正先.機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計實例與典型設(shè)備裝配工藝性[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2015，3.

[3]聞邦椿，劉樹英，張純宇.機械振動學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[4]成大先.機械設(shè)計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[5]金咸定，趙德有.船體振動學(xué)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2000.