王延浩

（四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434024）

油田現(xiàn)場(chǎng)車(chē)載石油鉆采設(shè)備的操作實(shí)際中，經(jīng)常出現(xiàn)控制箱體內(nèi)的硬連接線(xiàn)掉落、設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)元器件掉線(xiàn)等現(xiàn)象，這些問(wèn)題給石油鉆采工作增加了許多麻煩。發(fā)生上述問(wèn)題的原因初步斷定是設(shè)備運(yùn)行時(shí)振動(dòng)過(guò)于強(qiáng)烈而導(dǎo)致的。因此，需要從電子設(shè)備加固和隔振2個(gè)方面進(jìn)行抗振設(shè)計(jì)。

1 電子設(shè)備加固設(shè)計(jì)

電子設(shè)備的加固設(shè)計(jì)應(yīng)遵循層次結(jié)構(gòu)和二倍頻規(guī)則。一般的電子設(shè)備都有3層結(jié)構(gòu)，分別是機(jī)柜、插箱、插箱內(nèi)的元器件。按線(xiàn)性系統(tǒng)振動(dòng)理論，當(dāng)下層次的一階固有頻率與上一層次的一階固有頻率的比值β不小于2時(shí)，其基礎(chǔ)的激勵(lì)力不會(huì)放大，此時(shí)可將此結(jié)構(gòu)視為剛性結(jié)構(gòu)，這就是倍頻法則。在此情況下可保證不發(fā)生局部共振，但是實(shí)際情況中β≥2很難實(shí)現(xiàn)，一般取β≥1.5［1］。

1.1 機(jī)柜的剛性設(shè)計(jì)

機(jī)柜是設(shè)備的承載體，機(jī)架的四周立柱的剛性大小直接影響到整個(gè)機(jī)柜的強(qiáng)度大小。機(jī)柜的剛性大小直接影響到機(jī)柜的動(dòng)態(tài)特性和整體隔振效果。增加機(jī)柜剛性的方法有很多，比較常見(jiàn)的是增加矩形截面立柱以減少薄壁面積的方法。

1.2 插箱的抗振設(shè)計(jì)

插箱一般通過(guò)面板、導(dǎo)軌與機(jī)柜相連，導(dǎo)軌必須選用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，插箱底板是電子設(shè)備的安裝平臺(tái)，條件允許的情況下增加限位措施，可減少振動(dòng)面積，同時(shí)增加壁厚，可大幅度地提高抗彎剛度，有效地提高其固有頻率。經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)柜各部分連接處進(jìn)行加固后，掉線(xiàn)情況有所好轉(zhuǎn)。

2 隔振設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)

圖1 加裝硅膠體和隔振器示意圖

第1次在機(jī)柜外部加裝了一組底部隔振器，經(jīng)過(guò)運(yùn)行，出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題，尤其是PLC電路板的元器件掉線(xiàn)情況。第2次在PLC電路板增加4只硅膠體減震器，對(duì)該機(jī)柜的核心部分 （計(jì)算機(jī)模塊）起二次隔振作用 （見(jiàn)圖1）。共檢測(cè)了5次，筆者選擇其中有代表性的3次波形進(jìn)行分析:①試驗(yàn)1。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速750r／min，空檔，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2；②試驗(yàn)2。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1850r／min，4檔，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2；③試驗(yàn)3。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1850r／min，3檔，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖3。其中測(cè)點(diǎn)1為振動(dòng)輸入，測(cè)點(diǎn)2為振動(dòng)輸出。

圖2 試驗(yàn)1和試驗(yàn)2的測(cè)點(diǎn)布置

圖3 試驗(yàn)3的測(cè)點(diǎn)布置

1）試驗(yàn)1 空檔、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速750r／min的取點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從表1可以看出，除50Hz外，其他頻域各點(diǎn)的振動(dòng)加速度均有不同程度的衰減。說(shuō)明鋼絲繩隔振器的非線(xiàn)性剛度和干摩擦阻尼起到了有效的彈性隔離與耗散振動(dòng)能量的作用，使振動(dòng)加速度得到有效的衰減。50Hz處產(chǎn)生放大現(xiàn)象的原因，基本可斷定為箱體結(jié)構(gòu)本身薄板部位的結(jié)構(gòu)共振所致，結(jié)構(gòu)共振頻率應(yīng)在40～60Hz之間，是由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的四階頻激勵(lì)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，解決方法是提高薄板部位的結(jié)構(gòu)剛度。

表1 空檔、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速750r／min的取點(diǎn)數(shù)據(jù)

2）試驗(yàn)24檔、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1850r／min的取點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2可以看出，除去62.5Hz頻率點(diǎn)外，其他各點(diǎn)振動(dòng)加速度均有不同程度的衰減。根據(jù)整個(gè)頻域的響應(yīng)分析，鋼絲繩隔振器在該工況下依然有明顯振動(dòng)隔離作用。62.5Hz的頻率點(diǎn)的放大，是由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的二階頻激勵(lì)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，同樣也是由于箱體薄板件結(jié)構(gòu)共振所致。

表2 4檔、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1850r／min的取點(diǎn)數(shù)據(jù)

3）試驗(yàn)33檔、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1850r／min的取點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。從表3可以看出，低頻段響聲呈放大趨勢(shì)，47.5Hz以后開(kāi)始出現(xiàn)明顯的隔振效果。其中15Hz放大168%，22.5Hz放大266%，32.5Hz放大33%，初步推斷是由于二級(jí)隔振器剛性過(guò)大，導(dǎo)致低頻段放大。但當(dāng)頻率達(dá)到47.5Hz以后出現(xiàn)明顯的隔振效果，隔振效果可以達(dá)到80%，在47.5～250Hz頻段內(nèi)，對(duì)比數(shù)據(jù)表中的振動(dòng)加速度數(shù)值，隔振后最大的振動(dòng)加速度出現(xiàn)在160Hz，為0.12639m／s2，此時(shí)的隔振效率為85%，可以發(fā)現(xiàn)隔振效果很好?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，在高頻段實(shí)際觸摸手感為計(jì)算機(jī)箱低頻晃動(dòng)明顯，但無(wú)高頻振動(dòng)感覺(jué)。高頻振動(dòng)衰減明顯。

表3 3檔、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1850r／min的取點(diǎn)數(shù)據(jù)

2.2 二次隔振設(shè)計(jì)

所謂的二次隔振系統(tǒng)即是在被隔離的機(jī)械設(shè)備和基礎(chǔ)之間再插入一個(gè)彈性支承著的中間質(zhì)量，對(duì)應(yīng)于設(shè)備來(lái)看，將圖1中的硅膠體換成鋼絲繩隔振器。

鋼絲繩隔振器的剛度滿(mǎn)足如下關(guān)系式:

式中，m1為PLC電路板的質(zhì)量；k1、k2是鋼絲繩隔振器的剛度；ω是干擾信號(hào)圓頻率；n為減振系數(shù)。

其設(shè)計(jì)程序如下:

3 結(jié)語(yǔ)

車(chē)載電子設(shè)備的隔振是個(gè)非常常見(jiàn)的問(wèn)題，有一定的技術(shù)難度。電子設(shè)備對(duì)于振動(dòng)環(huán)境的要求比較苛刻，而車(chē)載環(huán)境由于路況和車(chē)載動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)特性比較復(fù)雜，呈現(xiàn)多頻率、大量級(jí)的特征，這就要求車(chē)載電子設(shè)備的隔振系統(tǒng)必須兼顧較好的隔振效果和較強(qiáng)的抗沖擊能力。通過(guò)筆者的不斷嘗試和改進(jìn)，通過(guò)改變隔振器的組合方式以及剛度特性，在被隔離的機(jī)械設(shè)備和基礎(chǔ)之間再插入一個(gè)彈性支承著的鋼絲繩隔振器，最終找到了較好的解決方法。

［1］張亞峰 .車(chē)載電子設(shè)備的抗振設(shè)計(jì) ［J］.電子機(jī)械工程，2003，19（2）:6－8.

［2］姜克城 .二次積極隔振在ZD型單軸振動(dòng)篩上的應(yīng)用 ［J］.煤礦設(shè)計(jì)，1988（4）:19－22，11.

［3］清華大學(xué)工程力學(xué)系 .機(jī)械振動(dòng) ［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1980.