设备振动内源参数识别方法

    庞福振　吴闯　缪旭弘　王雪仁　贾地

    

    

    

    摘要：针对设备振动内源参数识别问题，分为设备不平衡激扰力单独作用、不平衡激扰力及不平衡激扰力矩联合作用两种情况，建立“设备-隔振器-基础”多自由度耦合振动模型，提出设备振动内源参数识别方法。基于Kirehhoff定律，假设设备内源特性参数（设备等效激励力及等效质量）不受基座、隔振器等外部参数影响，通过改变隔振器类型开展设备台架试验，并通过线性回归方法对设备内源特性参数（设备等效激励力及等效质量）辨识，获得设备内源特性参数。在此基础上，开展试验研究，验证方法有效性。

    关键词：参数识别；隔振器；内源参数；识别方法

    引言

    由于機械设备比较复杂，且设备在不同工况下运转时，设备振动的输出力与接收结构的特性有关，不同的基座、不同的安装方式会改变注入接收结构的能量和接触力大小。工程中需要获取不同安装条件下（不同安装位置或方式）设备振动输出到基座的能量和激励力，从而进行声学预报与控制。设备制造商在设备出厂之前进行台架试验，测得设备对台架传递的激励力，给出加速度值，但由于台架试验无法模拟实际情况，因此无法直接应用于真实的工况中，解决工程中的实际困难。所以，通过机械设备的内源特性试验，获得设备的内源特性非常有必要。

    Breeuwer和Tukker提出设备“自由振速”等参数后，设备内源激励的不变性才逐步被认识。所谓设备自由振速，是指将设备悬吊起来使其不与基础连接，设备正常开启时的机脚振动速度，该理论假设设备的内源特性不随设备安装条件发生改变。“自由速度”理论很快被试验证实，以“自由速度”理论为基础的设备激励力计算方法也被逐渐建立和完善起来。1987年Mondot等在自由速度理论的基础上引人源描述符来表征设备的源特性，Fulford，Gibbs等将结构声源描述符拓展到多点、多激励耦合情况，使人们对设备的内源特性有了较为深刻的认识。围绕设备自由速度的测量，JuhaPlunt指出设备的自由悬挂条件可由设备安装于软弹簧上近似满足。梁军基于导纳和能量流推导出机械振动系统结构声功率的估算公式，利用机械设备振动源特性描述参数，建立不同安装状态下的机械设备振动激励特性的转换关系。严斌等通过物理试验分析，证明了设备自由速度的测试条件：即设备的自由速度可在与机脚阻抗失配10倍以上的隔振器上测量得到。原春晖以自由速度作为描述振源激励特性的参数，通过对机器-隔振器-基座系统的分析，得到了作用于基座结构的激励力与机器自由速度之间的关系，最后来测量机械设备的自由速度。然而对于实船大型设备（如主机、柴发机组等）而言，设备“自由速度”的测试条件往往不易满足，设备自由速度的测量结果也会因隔振器与机脚阻抗的失配性而产生一定误差。可见，设备“自由速度”理论虽反映了设备内源特性的不变本质，但当不满足设备“自由速度”测试条件时，仍不能得到设备对船体的激励载荷。

    本文方法理论与设备自由速度理论不同，认为设备的内源特性保持不变，同时内源特性参数的获得只需要通过两次振动试验测试，然后通过换算得到，不必采取自由速度测试环境的苛刻条件而得到。知晓设备内源特性后，即可进一步计算设备机脚振动加速度值，获取设备激励载荷，为舰船声学预报提供输入。