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车载系统设备隔振缓冲设计_唐晓伟

作者:黄金赌城 来源:本站原创 日期:2020-10-15 21:36 点击: 

  车载系统设备隔振缓冲设计_唐晓伟_机械/仪表_工程科技_专业资料。振动分析

  第 2 卷第 4 期 2011 年 8 月 指挥信息系统与技术 Co mmand I nfo rm atio n Sy stem and T echnolo gy Vo l. 2 N o . 4 A ug . 2011 ?实践与应用? 车载系统设备隔振缓冲设计 唐晓伟朱利华 ( 中国电子科技集团公司第二十八研究所南京 210007) 摘要 : 针对车载机动指挥通信系统内部设备存在振动冲击的现象 , 通过分析各设备安装结构形 式 , 就不同的设备提出了不同的减振方法, 以满足车载系统设备的隔振缓冲要求, 提高系统设备的 安全性及使用寿命。 关键词: 车载机动指挥通信系统; 减振 ; 隔振缓冲; 安全性 ; 使用寿命 中图分类号: T B535. 1文献标识码 : A Vibration Isolation and Buffering Design for Equipment of Vehicle -Borne Systems T ang Xiaow eiZhu L ihua ( T he 28t h R esea rch Inst itute o f China Electr onics T echno log y G ro up Cor por atio n, N anjing 210007, China) Abstract: T o r educe the vibration and sho ck received by t he int ernal equipment in a vehicle-bo rne mobile comm and and comm unicat ion sy st em, the inst allat io n methods of each piece of equipment are analyzed and diff erent met hods of absorbing vibrat ion are pro posed f or dif ferent kinds of equipment t o m eet t he v ibrat ion isol at ion and buff er ing requirement s o f t he equipment in t he vehicle-borne syst em and to improv e the security and the serv ice lif e of t he equipment . Key words : vehicle -bo rne mobile com mand and co mmunicat io n sy st em ; vibrat ion absorpt ion ; vibrat ion isolat io n and buf f ering ; securit y ; serv ice lif e 0引言 车载机动指挥通信系统的内部设备在启动、 制 动和机动过程中承受各种冲击、 振动以及持续力载 荷 , 因此要求各设备和电缆等安全可靠, 隔振缓冲设 计可有效保证车载机动指挥通信系统在高速行驶下 设备的安全。 车载机动指挥通信系统内部由方舱、 设备机柜、 大屏显示区及关键设备组成, 系统应重点考虑从舱 体整体、 机柜、 大屏显示墙及关键设备减振等方面进 行设计 , 保障车载系统的稳定性和安全性。 按一个方向计算。 为了减少振动和冲击的危害 , 在控 制振动中采用振动隔离减小振动的传递。隔振缓冲 设计主要是为了减小周围振源对设备造成的影响而 采取的隔振措施, 如车载机动指挥通信系统设备的 隔振缓冲, 就是为了减少方舱及上装设备在运输中 受振动影响, 从而达到保护设备的目的。 隔振的原理是把要隔离的设备安装 在隔振器 上, 以便隔振器吸收大部分振动, 消除或减小振动的 传播 , 因此 , 采用隔离缓冲技术控制振动的传递是消 除振动和冲击危害的重要途径之一。 2舱体整体减振[ 1 ] 舱体整体减振设计从以下两方面进行 2. 1降低整体重心和振动幅度 [ 12] 1隔振缓冲设计总体思路 振动是指物体沿直线或曲线并经过平衡位置所 做的规则或不规则运动。振源包括地震以及汽车的 行驶等 , 振动具有方向性, 当实际工程要求不高时可 收稿日期 : 20110517 。 根据车载机动指挥通信系统整体设备重量, 设 计安装位置, 要使整体重量均匀分布, 重心尽量落在 第 2 卷第 4 期 唐晓伟 , 等 : 车载系统设备隔振缓冲设计 69 底面的几何中心上, 将较重设备和部件尽可能放在 下部, 降低舱体整体重心, 以达到降低舱体整体振动 幅度的目的[ 3] 。 2. 2在车辆底盘和舱体连接位置减振 方舱作为车载机动指挥通信系统的载体 , 通过 副车架安装在载车上, 方舱与副车架采用刚性连接, 为了实现舱体的减振, 可以通过在车辆大梁和连接 方舱的副车架之间铺设一层厚的橡胶板, 实现对整 个方舱减振[ 2, 4] 。 分, 主要由 L ED 显示屏、 时钟和音箱等组成。 大屏显 示墙除满足减振的要求外, 还必须考虑整体安装后 的美观性。 显示墙用钢型材焊接成一个整体框架, 所 有设备全部固定在框架上, 在框架底部和背部均安 装有钢丝绳减振器 , 再通过减振器与背墙和下部机 柜固定。 考虑整体造型的美观 , 在显示屏正面采用铝 板做装饰面板, 面板用螺钉固定在框架上, 显示屏两 侧按对称形式采用带圆弧造型的钢板做装饰面板 , 其与时钟和音箱等设备通过焊接过渡件连接 [ 2, 4] 。 本方案选择金属钢丝绳隔振器实现舱壁框架、 显 示屏和显示屏框架等部分的减振和隔冲。钢丝绳减振 器具有隔振性能好( 单层隔振装置的振动落差可达 15 dB ) 、 适应各种恶劣环境、 耐油、 抗盐雾、 工作温域宽 ( - 70 ~ 200 ° C)、 不老化、 非线性以及各种运转条件 ( 包括起动加速) 无明显共振现象等突出的优点[ 3] 。 3机柜减振[ 1] 设备机柜在车载机动指挥通信系统中具有保障 功能, 机柜内安装有各种设备, 这些设备必须减振。 为了减少方舱在运输中振动对机柜的影响, 应采用 机柜隔振设计以达到保护机柜设备的目的。隔振就 是把要隔离的设备安装在减振器上 , 使部分振动被 隔振器所吸收 , 消除或减少振动的传播。 隔振器选用 应注意以下几点 : 1) 所选用的隔振器应与舱内设备系统的要求 的环境条件一致; 2) 根 据 安 装 空 间 选择 隔 振 器 形 状 , 应 便 于 拆卸; 3) 各隔振器所受载荷力求均匀 , 以便采用相同 的隔振器; 4) 当共振难以避免时, 应适当加大阻尼 , 使隔 振器的静压缩量相等; 5) 若主要考虑防冲击, 宜采用非线性隔振器, 并采用增加阻尼的措施。 设备机柜为金属柜 , 机柜内配有设备插箱, 机柜 的减振必须从机柜本体和内部各个设备插箱两方面 综合考虑 : 1) 机柜插箱两侧均安装有导轨 , 后部安装有阻 尼器和导向销 , 实现对单个设备插箱的减振。 2) 机柜通过底部和背部分别与舱体连接, 机柜 底部安装四个橡胶减振器 , 背后安装两个橡胶减振 器 , 对设备进行二次减振, 减振器的标定承载重量在 安装完设备后应留有 20% 的冗余承载重量。 在插箱与机柜完成装配后, 应在特定部位设置 定位销钉, 防止因振动冲击造成导轨脱落或位移。 [ 1] [ 3] 5关键设备减振 5. 1发电机减振 车载机动指挥通信系统配有发电机系统, 可满 足野战条件下系统的供电需求。方舱作为车载机动 指挥通信系统的承载体, 在舱室内设有发电机舱室 , 该舱无地板且底部直接与副车架相连, 与主舱地板 分开 , 有效地降低了发电机对方舱的振动传递。 发电 机与副车架之间安装四个专用减振器进行减振[ 2] 。 5. 2其他关键设备减振 在关键设备安装上, 无论是侧装设备还是底部 安装设备均安装在钢丝绳减振器上。该钢丝绳减振 器以不同结构的多股钢丝绞合线按特定的捻向和螺 距加工而成, 不锈钢钢丝绳作为弹性体。 上述整体结 构以不锈钢材料制成 , 具有高抗蚀能力和持久使用 寿命[ 3] 。 钢丝减振器在弹性变形过程中, 因多股钢丝间 的干摩擦而形成较强的非线性阻尼滞后。减振器在 空间任意方向动载荷作用下产生弹性动变形, 大量 吸收和消耗系统的振动能量, 有效地实现系统过载 保护。 当系统受大冲击干扰时 , 减振器大量吸收并延 时释放系统的冲击能量, 有效地削弱了系统冲击强 度, 确保系统在承受最大安全冲击时具有良好的隔 振性能[ 2] 。减振设计时, 还应注意以下几点: 1) 选择设备最佳耐振安装方向固定部件; 2) 针对不同设备的耐振动性技术指标, 依据振 动理 论和 振动 工程 学 原理 分别 进行 振 动和 减 振 4大屏显示墙减振 显示墙是车载机动指挥通信系统的重要组成部 70 指挥信息系统与技术 2011 年 8 月 设计; 3) 对于比较脆弱的设备, 同时安装两个功能相 同而固有频率不同的减振器 , 以保证设备正常工作。 通过采用上述减振、 隔振和缓冲措施, 车载机动 指挥通信系统具备了良好的避振能力。 常用的 IP 型和 IW 型橡胶平板减震器中选用[ 1, 3-4] 。 1) 求每个支承点的载荷 P : 由于电子设备的重 心与减震器配置的形心一致, 所以每支承点的负荷 为 P 1 = P 2 = P 3= P 4 = 20 N 。 2) 求隔振系数 , 根据公式可知: A max = 9. 8aj max 9. 8am ax , A j m ax = 4 2f 2 4 2f 2 ( 3) 6设备隔振缓冲方法 当机动式指挥系统以车载公路运输时, 路面的 凹凸不平使载车和方舱产生随机振动。由于受到运 输车的动刚度、 车速和路面的平整度等具体条件的 限制 , 随机振动频率特性无法 准确分析与计算, 因 此 , 当路面质量较好时 , 可将舱内设备受到的随机振 动近似认为是简谐振动 , 按照简谐振动的隔振设计 方法计算, 设备隔振缓冲设计步骤如下 : 步骤 1明确被隔振设备的基本参数: 如质量 质心分布、 外形尺寸、 隔振器的数量及安装位置, m、 通过参数值计算每个支承点的载荷 P ; 步骤 2根据所承受的载荷, 计算隔振系数 : A max 9. 8a max 9. 8aj max = , A max = , A j m ax = ( 1) A j max 4 2f 2 4 2f 2 其中, A 为系统强迫振动的振幅; A j 为外激振动的 振幅; a 为振动加速度; f 为振动频率。 步骤 3根据所受振动的类型及隔振后的目标 要求, 计算隔振系统的固有频率 f 0 , 公式如下 : 1 + (2 )2 , = f /f 0 ( 2) ( 1 - 2) 2 + ( 2 ) 2 其中, 为隔振系统频率比 , 即外激振动频率 f 与系 = 统固有频率之比 f 0; 为隔振阻尼比, 为实际阻尼与 临界阻尼之比 。 步骤 4计算隔振器的刚度 K = m ( 2 f 0 ) 。 步骤 5根据隔振器的刚度计算隔振器的位移 = 9. 8 m / k 。 根据以上参数选择相应的隔振器或设计隔振装 置 , 首先应了解各种隔振器不同性能指标和特征参 数 , 然后才能选择相关的隔振器。 2 [ 4] [ 4] 9. 8a max A max 4 2f 2 amax = j max = = j m ax = 0. 4 A 9. 8aj max a 4 2f 2 3) 求系统的固有频率 ( 4) JP 型与 JW 型橡胶减振器的阻尼比 为 0. 02~ 0. 05 。将 = 0. 03, = 0. 4 代入公式 , 得 : = 1- 2 2 + 2 2 2 + (1 - 2 2 + 2 2 2 ) + 2 1 2 - 1= 1. 87 系统的固有频率为: f0= f 19 = 1. 87 = 10. 2 Hz 20 × ( 2 × 10. 2) 2 = 9. 8 ( 5) 4) 求每个减振器的刚度 : K = m ( 2 f 0) 2 = 8 374 N/ m 5) 求每个减振器的位移 : = mg 20 k = 8 374 = 2. 4 mm 6) 选择减振器 JP 型与 JW 型减振器型号及主要性能参数见表 1, 表中所示减振器是以橡胶作为减振器 的弹性元 件, 以金属作为支撑骨架, 因此有较大的阻尼, 能有 效地吸收频率较高的振动并能承受冲击力 , 隔振缓 冲性能较好, 其工作温度为- 20~ 40° C。 由 表 1 可知, JP 型与 JW 型减振器在额定载荷 下 的 位 移 为 1. 2 ~ 2. 0 mm , 而 本 例 计 算 数 据 为 2. 4 mm , 不能满足要求。 为了满足要求 , 可选用两只 JP-1-2. 25 减振 器串联 , 其动 刚度为 16. 5 × 9. 8 × 0. 5= 80. 85 N/ cm , 符合选用要求。在考虑动刚度 时, 选用值比计算值小一些为好。 根据上述计算与查表, 每个支点可以选用两只 JP-1-2. 25 型减振器串联 , 如果 底部空间较大 时也 可以选用两只 JW -1-2. 25 型减振器串联。 ( 下转第 75 页 ) 7隔振器选用实例 已用在机动式指挥系统上的某电子设备 , 重量 为 80 N, 准备在设备底部安装四个减震器而组成减 振系统。设备的重心与减震器配置的形心一致。该 设备的工作温度为 - 20 ~ 40 ° C 。根据测试结果分 析 , 振动的主频率为 19 Hz, 相应的加速度为 5 m/ s 2, 而电子设备允许的最大加速度为 2 m / s 2, 减振器从 第 2 卷第 4 期 白艳玲 : 指挥方舱设备装载形 式 [ M ] . 南京 : 东南大学出版社 , 2004. 75 4结束语 本文分析了指挥方舱设备的四种装载形式 , 设 计者可根据设备尺寸和重量方面的性能、 使用方式 及安装位置等情况合理选择应用 ( 单独应用一种或 混合应用) 。但在实际设计过程中, 除考虑以上的结 构形式外, 还要考虑抗振缓冲、 电磁屏蔽以及人机工 [ 1, 4] 程等方面的设计 。 参考文献: [ 1] 邱 成 悌 , 赵 殳 , 蒋全 兴 . 电 子 设 备 结构 设 计 原 理 [ 2] 李瑞莲 , 张云 , 董春彦 . 大板式 方舱内 外部设 备的安 装结构型式 [ J ] . 方舱与地面设备 , 2010( 4) : 13. [ 3] 陈民 . 薄板连接新工艺 : 拉铆螺母 [ J] . 现代电子 工程 , 2007( 1) : 74-76. [ 4] 周旭 . 现代电 子设备 设计制造 手册 [ M ] . 北京 : 电子 工业出版社 , 2008. 作者简介 : 白艳玲, 女 ( 1978- ) , 工程师, 研究方向为结构总体 设计。 ( 上接第 70 页 ) 表 1 JP 型与 JW 型减振器型号及主要性能参数 型号 JP-1-0. 45 JP -1-0. 9 JP -1-1. 35 JP -1-1. 8 JP -1-2. 25 JP-2-0. 9 JP-2-1. 8 JP-2-2. 7 JW -1-0. 45 JW -1-0. 9 JW -1-1. 35 JW -1-1. 8 JW -1-2. 25 JW -2-0. 9 JW -2-1. 8 JW -2-2. 7 额定载荷 / × 9. 8N 0. 45 0. 90 1. 35 1. 80 2. 25 0. 90 1. 80 2. 70 静刚度 / × 9. 8 ( N ? cm - 1 ) 2. 9 5. 5 8. 0 11. 0 13. 0 5. 5 11. 0 16. 0 动刚度 / × 9. 8 ( N ? cm - 1 ) 4. 0 7. 1 10. 6 1. 4 16. 5 8. 0 15. 0 20. 0 阻尼比 0. 02 0. 02 0. 03 0. 03 0. 03 0. 03 0. 03 0. 04 额定载荷下位移 / mm 1. 2~ 2. 0 1. 2~ 2. 0 1. 2~ 2. 0 1. 2~ 2. 0 1. 2~ 2. 0 1. 2~ 2. 0 1. 2~ 2. 0 1. 2~ 2. 0 8结束语 本文介绍了车载机动指挥通信系统设备组成, 针对各个设备系统提出了不同的隔振缓冲形式 , 既 满足车载运输的条件, 又保障车载机动指挥通信系 统的稳定性和安全性。该设备已在很多项目中得到 了推广和应用。 参考文献: [ 1] 周旭 . 现代电子设备设计制造手册 [ M ] . 北京 : 电 子工 业出版社 , 2008. [ 2] 卢玉明 . 机械设计 基础 [ M ] . 北京 : 高 等教育 出版社 , 2003. [ 3] 温浩 编 . 舱 内设备的隔 振设计 [ J] . 方舱与 地面设 备 , 2004( 1) : 1113. [ 4] K elly S G . 机械振动 [ M ] . 贾启芬 , 刘习军 , 译 . 北京 : 科学出版社 , 2002. 作者简介 : 唐晓伟, 男 ( 1971- ) , 高级工程师 , 研究方向为系统 结构集成及总体设计。 朱利华, 女 ( 1978- ) , 工程师, 研究方向为方舱结构 集成及总体设计。 第 16 届国际指挥控制研究和技术研讨会在加拿大召开 2011 年 6 月 21 日至 23 日 , 第 16 届国际指挥控制研究和技术研讨会( ICCRT S) 在加拿大魁北克举行。 本届会议的主题为“ 多国民事-军事行动中的联合指挥控制” , 分为概念、 理论和政策 , 方法和组织, 信息和知 识探索 , 信息和知识利用, 协同、 共享的感知和决策, 试验、 度量和分析 , 建模和仿真, 体系结构、 技术和工具 , 网络和联网, 民事 -军事行动中的指挥控制、 管理和统辖以及赛博空间管理等十一个专题。 ( 郝飞供稿 )

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