船载放射性污染检测装置的减振设计与分析

屈驰 曾云翔 贾辉

摘  要：根据船载设备的安装与使用环境，采用新型减振器对船载放射性污染检测装置进行了整体减振设计。通过对设备整体减振系统的载荷计算，并依据舰船振动试验条件对减振系统进行仿真分析，分析结果表明，船载放射性污染检测装置减振系统设计方案满足抗振动及可靠性指标要求，能为相关设计提供借鉴。

关键词：检测装置;船载;减振;分析

中图分类号：U664         文献标识码：A        文章编号：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

船載放射性污染检测装置配置于船舱内，专门用于人员沾染全覆盖、高精度、一体化复合检测的专业级固定式舰船核辐射医学检测设备。该装备的研制有助于我国建立健全辐射健康防护管理体系，符合我国核检测装备国产化、智能化的发展趋势，应用前景广阔[1]。

现有的放射性污染检测设备主要固定于室内厂房地面上，空间宽敞，抗振需求不高，且采用常规的胶垫进行减振。但海上环境严苛，振动环境复杂，且空气中湿度大、盐度高，容易腐蚀胶垫;针对以上问题，须对船载放射性污染检测装置采用诸如APN钢丝绳减振器等具备不老化、耐腐蚀、高内在阻尼、低共振放大、强冲击衰减、宽温度范围等特点的新型减振器材，并进行减振结构设计及分析，以保障设备在复杂海况下的安全使用。

1 设备的整体参数

船载放射性污染检测装置由设备主体及减振系统组成如图1所示。

根据船舱内的安装使用空间要求，设备主体外形设计尺寸为1000mm×800mm×2200mm。

同时基于结构三维模型和元器件理论重量，计算设备重量，计算结果误差在±8%范围内。设备计算总重：258kg，设备实际总重：238～278kg。

2 设备的减振系统设计

为保障设备整体减振效果及可靠性，整体减振系统由8个钢丝绳减振器及附件组成。特选舰船用APN钢丝绳减振器，该减振器具有不老化、耐腐蚀、高内在阻尼、低共振放大、强冲击衰减、宽温度范围等特点。

该型号钢丝绳减振器承载参数：

（1）最大静态承载：77kg。

（2）最大动态承载：31mm。

根据设备的重心及舰船振动环境将减振器在设备上进行安装布局[2]如图2所示。

（1）设备底部设置6个减振器与舱内地面甲板用螺栓固定。

（2）设备背面靠近顶面2个减振器与舱内墙面甲板用螺栓固定。

3 设备整体振动系统计算、仿真

3.1 设备整体振动系统计算

（1）静态承载计算：

本设备底部安装6个减振器，顶部侧面安装2个减振器，整体减振系统最大静态承载为462kg（77kg×6个）。

本设备静态重量≤280kg，人员重量≤100kg，总计静态重量≤380kg。

结论：整体减振系统最大静态承载462kg≥设备最大静态重量380kg，因此整体减振系统满足设备静态承载技术要求。

（2）动态承载计算：

a.根据舰船设备实验室环境试验方法：振动试验部分[3]，试验环境要求：振动频率1～16Hz，位移1mm。

结论：振动试验位移1mm<整体减振系统最大动态承载31mm，因此整体减振系统满足设备动态承载技术要求。

b.根据可靠性鉴定和验收试验要求：水面舰船振动频谱，运输时频率范围10～200Hz。改设备用于水面舰船，振动频率1～16Hz，实际适用振动频率10～16Hz，对应加速度功率谱密度为0.5～0.8（m/s2）2/Hz。

10Hz振动频率条件下：a2=0.5（m/s2）2/Hz ×10Hz，得a=2.24m/s2

16Hz振动频率条件下：a2=0.8（m/s2）2/Hz ×16Hz，得a=3.58m/s2

根据公式2L=（1/2）×at2，L为位移，2L为一个周期内2倍位移，a为加速度，t为1个周期时间[4]，既：

10Hz振动频率条件下：2L=2.24×（1/10）2×1/2，得L=0.0056m=5.6mm

16Hz振动频率条件下：2L=3.58×（1/16）2×1/2，得L=0.0035m=3.5mm

结论：本设备动态载荷为3.5mm～5.6mm，小于整体减振系统最大动态承载31mm，因此整体减振系统满足设备动态承载技术要求。

3.2 设备整体振动系统仿真

本设备整体振动系统仿真如下：

（1）仿真输入

10Hz振动频率，加速度2.24m/s2，振幅5.6mm

16Hz振动频率，加速度3.58m/s2，振幅3.5mm

（2）仿真结果

减振器静态挠度：2～2.3mm

减振器动态挠度：

10Hz偏转1.2mm（见图3）

16Hz偏转0.12mm（见图4）

（3）仿真结论

10Hz时，输入振幅5.6mm通过减振系统衰减后，设备振幅变为1.2mm。

16Hz时，输入振幅3.5mm通过减振系统衰减后，设备振幅变为0.12mm。

以上对比，可发现设备振幅大幅衰减至较小数值，具有较好的安全性和可靠性[5]，因此整体减振系统满足设备抗振技术要求。

4 结束语

通过以上对船载放射性污染检测装置减振系统方案的载荷计算及仿真分析，该减振设计方案满足舰船环境抗振动及可靠性指标要求，不会对设备探测器的测量结果造成影响。通过样机验证，船载放射性污染检测装置的检测效果良好。

参考文献：

[1]杨朝文.电离辐射防护与安全基础[M].原子能出版社，2009，3.

[2]李慧，马正先.机械零部件结构设计实例与典型设备装配工艺性[M].化学工业出版社，2015，3.

[3]闻邦椿，刘树英，张纯宇.机械振动学[M].北京：冶金工业出版社，2000.

[4]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社，2004.

[5]金咸定，赵德有.船体振动学[M].上海：上海交通大学出版社，2000.