姜宏亮 闫明 惠安民

摘 要：鋼丝绳隔振器是一种常用的被动隔振装置，本文通过开展准静态、振动、冲击等试验获得完整的曲线数据，探究钢丝绳隔振器三向动态特性。准静态试验和冲击试验结果表明，变形速率的大小与钢丝绳减振器的能量耗散有直接关系，准静态压缩时，速率较低，对能耗的大小基本无影响，冲击时，速率较高，对能耗的大小有直接影响。振动试验结果表明，钢丝绳隔振器的动刚度会随着激振频率的增加而减小，当激振频率与固有频率相等时，动刚度最小。

关键词：钢丝绳隔振器;动态特性;测试方法

中图分类号：TB523文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）16-0033-04

Abstract： Wire rope vibration isolator is a commonly used passive vibration isolation device， this paper explored the three-way dynamic characteristics of wire rope vibration isolators by carrying out quasi-static， vibration， shock and other experiments to obtain complete curve data. The results of the quasi-static test and the impact test show that the magnitude of the deformation rate is directly related to the energy dissipation of the wire rope vibration isolator， when quasi-static compression， the rate is low， and it has basically no effect on the size of energy consumption， and when it is impacted， the rate is high， which has a direct impact on the size of energy consumption. The vibration test results show that the dynamic stiffness of the wire rope vibration isolator will decrease with the increase of the excitation frequency， when the excitation frequency is equal to the natural frequency， the dynamic stiffness is minimum.

Keywords： wire rope vibration isolator;dynamic characteristics;test method

振动与冲击在日常生活和工程实践中都是常见现象。如今，随着科学技术水平的飞速提高，人们对机械设备的精度、功能性、可靠性有了更高的要求。振动与冲击无疑会对其产生恶劣的影响。减少振动与冲击的危害，既可以从振源开始，也可以在传递过程中进行，安装隔振装置就是降低振动传递的一种方法[1]。目前，比较常用的隔振器主要有塑料隔振器、金属弹簧隔振器、空气弹簧隔振器、橡胶隔振器、液压阻尼器隔振器、磁流变液阻尼隔振器和钢丝绳隔振器等[2]。

钢丝绳隔振器是一种典型的非线性隔振装置，其是利用钢丝绳股与股、丝与丝之间的摩擦、滑移实现隔振功能的部件。与其他类型的隔振器相比，钢丝绳隔振器具有阻尼特性优良、承载能力高、不易腐蚀软化、可承受三向载荷等特性。钢丝绳隔振器形式多样，按照结构形式分类，主要有T型、G型和Q型等形式[3]。由于钢丝绳隔振器的结构非线性、几何非线性、材料非线性等因素比较突出，其冲击特性理论分析存在较大的难度，试验仍是当前较为可信的参数获取途径[4]。因此，为更加全面了解、应用钢丝绳隔振器，对钢丝绳隔振器进行试验研究是十分必要的。本文通过多组试验得出钢丝绳隔振器的具体数据，通过数据探究钢丝绳隔振器的特性，为钢丝绳隔振器的应用提供试验依据。本文选取T型钢丝绳隔振器作为研究对象，根据隔振器的刚度方向，将钢丝绳隔振器运动方向分为拉压、横滚、剪切方向。

1 准静态试验

钢丝绳隔振器准静态试验系统原理框图如图1所示。

按照隔振器的测量方向，设计一种试验夹具，如图2所示。将隔振器安装在万能试验机上进行准静态试验，分别对隔振器进行三向加载，加载速度分别为10、20、30 mm/min，试验结果如图3、图4、图5所示。

图2 准静态三向测量试验

在加载速度发生变化时，钢丝绳隔振器各工况迟滞回线基本吻合，说明变形速率较低时，其对能耗大小基本无影响。同时，研究发现，拉压刚度明显大于其他两向刚度，承载能力更高。

2 振动试验

隔振器常用的测试方法有椭圆法、激振扫描法、自振衰减法、机械阻抗测试法。根据试验条件，本试验采用激振扫描法。

为分析钢丝绳隔振器动刚度变化情况，为方便计算，通常将其简化为理想的单自由度系统。在单自由度系统受到激励加载时，系统运动微分方程如式（1）所示。

通過式（3）可知，想要求出隔振器的动刚度，人们需要先测量出质量系统的响应加速度和位移，然后进行傅里叶变换将其转化为频域数据，再将加速度与对应载荷质量相乘，即可得到合力，然后根据式（3）便可得到频域下动刚度的变化曲线，如图6所示。

图7为钢丝绳隔振器的传递系数曲线，人们根据传递系数曲线可以确定固有频率和传递率。通过观察图7可以发现，拉压方向的传递系数最低，说明拉压方向的隔振能力最好。动刚度随频率的增加而逐渐减小，当频率增加到固有频率附近时，动刚度最小且质量块的位移响应最大。通过比较三向动刚度曲线可以发现，拉压动刚度大于其他两向的动刚度。

3 冲击试验

隔振器冲击特性试验法包括跌落法、摆锤法、撞锤法和激振台法等。其中，跌落试验法存在两种形式，即规定冲击速度法和规定脉冲波形法。本文采取的试验方法为规定脉冲波形法。如图8所示，通过调节提升高度和波形发生器来达到规定脉冲的要求。记录试验数据并绘制成图，如图9、图10、图11所示。

通过控制脉宽大小改变脉冲可以发现，随着脉冲的逐渐增大，钢丝绳隔振器的迟滞面积、冲击刚度不断增大。在变形距离接近时，准静态试验下的钢丝绳隔振器迟滞回线面积远小于冲击试验下钢丝绳隔振器迟滞回线面积，说明了变形速率的快慢影响隔振器的耗能能力。钢丝绳隔振器冲击迟滞回线面积增大，说明了隔振器在冲击时具有较强的耗能能力，证明了钢丝绳隔振器具有良好的抗冲击性能。

4 结论

准静态试验和冲击试验结果表明，变形速率的大小与钢丝绳减振器的能量耗散有直接关系，准静态压缩时，速率较低，对能耗的大小基本无影响，而冲击时，速率较高，对能耗的大小有直接影响。钢丝绳隔振器的动刚度会随着激振频率的增加而减小，当到达固有频率时，动刚度最小。在准静态试验、振动试验和冲击试验中，人们均可发现，拉压刚度在三种刚度中最大，在受到冲击时，钢丝绳迟滞面积能够迅速增加，说明钢丝绳隔振器具有良好的抗冲击性能。

参考文献：

[1]党江雪.钢丝绳圆环加工装置及钢丝绳隔振器刚度特性研究[D].重庆：重庆大学，2015.

[2]王红霞.O型钢丝绳隔振器特性研究[D].重庆：重庆大学，2015.

[3]国防科学技术工业委员会.舰船用钢丝绳隔振器规范：GJB 6412—2008[S].北京：国防工业出版社，2008.

[4]黄映云，秦俊明.钢丝绳隔振器冲击特性试验研究[J].海军工程大学学报，2007（1）：23-26.