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13600443583关于5L23/30DF型防音发电机组，区别于以往的8隔振器公共底座，本文探求设计一款只装配三个隔振器的公共底座。为验证该公共底座的安全性，在有限元软件ANSYS中进行仿真详述。首先对公共底座进行主要建模，对其它部件进行简化。然后针对机组进行力学总述和震动特征解析，包括静力学叙述、模态诠释、震动响应细说、频率响应浅析等。最后对机组进行模态试验论述。仿真结果表明，隔振器的变形量差值最大百分比为4%，隔振器布置合理，受力变形均匀；此公共底座在力学上能够满足材料的强度要求，同时机组的固有频率能够避开激励频率，避免共振的出现。低噪音发电机模态试验结果与仿真分析结果的对比表明，仿真详解结果与真实结果接近，仿真程序可信。
船用防音发电机组是一种中小型独立的发电装置，主要由低噪音发电机、三相交流同步发电机和监控系统3部分构成，并全部组装在一个公共底座上，在实际的防音发电机组隔振设计中，单层8个隔振器的对称部署最为易发，近些年来国内外着名移动式静音发电机厂商及研发设计机构对这种规格的公共底座作过一些解读和优化[1–3]，胡甫才[4]等通过理论推导验证了静音发电机组的双层隔振效果。本文从安全性角度出发，浅聊这一款安装了3个隔振器的公共底座是否能够满足静力学强度要求和变形要求；要求在装配状态下公共底座的固有频率要避开机组的作业频率，避免震动扩大，一方面保护机组，另一方面预防振动通过地板传递到其它的工作机器上。在静音发电机组几个贡献量较大的力矩作用下，要求公共底座能够满足材料强度的要求，并且隔振器能够在其承载范围内工作。
静音发电机组的建模分为两部分，一部分为本论文的浅析对象，即公共底座，另一部分为底座使用对象，即静音柴油发电机、飞轮以及发电机。公共底座实际是由各种形状规格的板焊接而成，在三维建模软件creo 2.0中，根据各板件的实际尺寸建立公共底座三维模型，建模时忽略各板件中的焊接坡口。对于低噪声柴油发电机、发电机、飞轮等非重点总述对象，根据它们的实际外形尺寸建模，再调节模型的密度和内部空间组成，最终使整个机组的品质、重心位置、转动惯量与实际保持一致。其组成参数见表1，模型如图1和图2所示。
图1中静音发电机组的额定转速为750 转/分钟，品质为16 572 kg。此前经过隔振设计，3个隔振器均使用用Rubber Design公司的产品，类型为RD214X，50°ShoreA。隔振器的刚度参数见表2，装配位置见表3。建模时，使用圆柱体代替，底面圆的直径与隔振器上安装表面圆的直径一致。
将机组三维模型从creo 2.0中导出为“x_t”文件格式，再导入ANSYS中，设置发电机模型材料的密度设置为2 215 kg/m3，其余材料密度7 850 kg/m3，整个机组模型的泊松比为0.3，弹性模量为2.07 Gpa。将隔振器设为刚体属性，并用3向弹簧单元模拟隔振器的刚度，每个弹簧单元的一端接地，防音发电机组解述模型处于约束状态。
根据文献[5]，网格质量对约束模态的影响较小，选用公共底座最小板厚的1～2倍大小的单元时，计算结果正确。文中公共底座的最小板厚为12 mm，故设置单元大小为20 mm，将低噪音发电机、飞轮和发电机的网格设置为自动划分，最终得到179 483个节点、57 585个单元。
其中：k表示隔振器静刚度，x表示隔振器变形，F表示防音发电机组自重。由于这款公共底座的隔振器只有3个，相比易损的装配了8个隔振器的公共底座，隔振器要承受成倍的应力，在只承受自身重力的情形下，机组的最大等效应力产生在与隔振器1连接的支座上，如图3所示，达到了94.549 MPa，而与隔振器3直接连接的覆板最大等效应力只有60.53 MPa，这是由于低噪音发电机质量比发电机品质大的多，公共底座下隔振器所能够承受的载荷不均匀，靠近集装箱发电机要比靠近发电机的载荷大，这种影响在安装了3个隔振器的机组中显得尤为明显。
对于低碳钢而言，抗拉强度σb和屈服强度σs是衡量材料强度的两个重要指标。根据GB-T 3274-2007《碳素构成钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》[6]，4.5 mm～16 mm的板抗拉强度σb=375 MPa，屈服强度σs=235 MPa，下面从两个角度验证组成钢材料的安全性，一是正向角度，即已知材料许用应力，校核等效应力是否超标；二是逆向角度，即已知材料许用应力，通过安全系数来求应力极限，再判断等效应力是否超过了应力极限。
从第一个角度来看，公共底座所用板的抗拉强度σb和屈服强度σs均大于最大应力值94.549 MPa，故应力满足钢板强度的要求。
从第二个角度来看，利用最大等效应力理论得到的公共底座的安全系数最小值也出现在与隔振器1连接的支座上，最小安全系数为2.68，安全系数的计算方法为
其中：FA表示安全系数，σlim表示极限应力，[σ]表示等效应力，则公共底座所用板的最小应力极限为2.68×235=629.8 MPa，远大于94.549 MPa，所以从这角度来看，防音发电机组是安全的。
在式（1）中，还有一个位移条件x，对于用弹簧单元模拟的隔振器的变形量，参考3个隔振器的上表面，它们相对于隔振器底部的变形量处于8.11 mm～8.44 mm范围之内，平均值为8.275 mm，变形量差值最大百分比为4%。可以看出，隔振器布局合理，变形受力均匀。
模态详解是动力学叙述的基础内容，工程上有助于在产品设计之前避免可能出现的共振，有助于在其它动力细说中估算求解控制数据。模态讲述的实质是计算结构振动特点方程的特性值和特征向量。典型的无阻尼构成自由震动的运动方程式为
在模态陈述中，前6阶对结构变形的讲解影响大，是组成整体性能的反映，高阶涉及到构成的局部特性，本文不予考虑。约束状态下公共底座的固有频率及振型如表4所示。
表4中：Roll表示绕x轴摇摆，即横摇；Pitch表示绕y轴摇摆，即纵摇；Yaw表示绕z轴摇摆，即平摇。
防音发电机组的额定速度为750 转/分钟，即激振频率为12.5 Hz，从表中可以看出，前6阶固有频率都避开了低噪音发电机激励频率，所以隔振器的选购和布局合理，公共底座的设计也合理。
此外，基于隔振器位置的不同，其装置的固有频率也会有显着的不同，这一款公共底座隔振器的选定横向刚度大于垂向刚度，高效预防了水平方向的巨大位移。
在多缸机静音发电机中，除了各缸中的惯性力外，还存在各种惯性力对低噪声柴油发电机重心形成的合成惯性力矩，详见表5。
通过查询该机组的资料，可知该5缸静音发电机组的详细扰动力矩如表6所示，具体有1.0谐次和2.0谐次往复惯性力矩，2.5谐次和5.0谐次倾覆力矩。
按照表6的数据加载各阶力矩，进行谐响应陈说，得到的最大应力为33.396 MPa，远小于上文提到的抗拉强度σb和屈服强度σs，位置位于公共底座上由低噪音柴油发电机向发电机过渡的位置，如图4所示。撬装发电机组
在工程实际中，当公共底座的刚度不够时，容易损生机组的“V”形变形，严重时，甚至会致使高弹性联轴器的断裂，高弹性联轴器能够补偿径向、轴向、角向的对中误差，补偿旋转动量的振荡，能够较好的保护低噪声发电机和电机。如果实际中确实已经发生了联轴器的断裂，可以考虑增加底座的刚度、在联轴器中心面平面部署隔振器、在静音发电机与电机之间部署刚性隔板等。
为了讨论不同频率下静音发电机组的振动响应特征，计算了最高阶扰动频率即75 Hz频率内的震动响应特点，如图5所示。
单层隔振是一种最简单的隔离振动的方法，理论上隔离效果会随着外界干扰频率增加而更加显着，而图5中仿真结果显示，虽然Pitch方向2.0阶力矩扰动比1.0阶动大得多，但震动响应却没有相应地提升，反而有点削弱；Roll方向2.5阶震动响应则强烈的多，5阶震动响应因为力矩较小，但也有一定的幅值波动。上面两个现象表明：
（1）就论述频率范围内相对而言，在高频段因为隔振器的存在，会产生一定的驻波效应，隔振器的刚度在很大程度上会随着频率的增高而有所增加，相应的单层隔振在高频段内的衰减值也会有所下降；
（2）横摇（Roll）方向的力矩比纵摇（Pitch）方向的力矩对防音发电机组振动的影响更大。
试验装备采用北京东方所DASP智能参数采集和信号浅述机构V10，包括一个东方所4通道采集仪，DASP解读软件，加转速探头，另外使用激振器作为激励，图6模态试验安装示意图。在进行试验时，首先在DASP软件中建立与底座实际尺寸和结构一致的模型，分为2层共设置了104个激励点，如图7。因3.3节中小议出过渡段振动响应最明显，故在试验中，将加载度探头置于公共底座的过渡段，然后通过激振器在各测点位置对机组进行1 Hz～1 000 Hz正弦扫频的垂向激励，获取整个机组垂向的模态频率，图8所示为试验现场。
试验结果显示，x轴方向与纵摇（Pitch，绕y轴）方向耦合，y轴方向与横摇（Roll，绕x轴）方向耦合。仿真值与试验值的各阶固有频率偏差百分比分别为59.5%，4.3%，0，4.0%，3.5%，2.8%，除1阶固有频率有较大的偏差外，其余固有频率的偏差都较小，究其起因，在试验阐述时，只在垂向进行激励，加载度探头也只捕捉垂向的震动加载度，对于横向的振动响应无法捕捉。而仿真计算结果显示，公共底座的第1阶模态正是横向移动和横摇，因此，两者发生了较大的误差。
关于该5缸防音发电机组设计的公共底座能够满足钢板强度上的要求，同时隔振器的选择能够满足机组的安全性要求，机组的固有频率避开了一次激励频率。对于低噪音柴油发电机的激励，横摇（Roll）方向的力矩比纵摇（Pitch）方向的力矩对防音发电机组震动的影响更大。