摘要：船舶主机工作过程中会产生横向振动，会危及上层走台或增压器支架的安全，并可能引起机舱和双层底局部振动。为改变振动系统的固有频率、增加其局部刚度，通常采用主机顶部支撑。本文介绍了一种主机液压顶部支撑，具有明显改善主机横向振动和局部结构刚度作用，对其结构原理、工作过程、安装调整等方面进行了分析。并结合某大型集装箱船的船厂应用，对其减振效果进行了验证。
关键词：主机；振动；顶撑；减振
引言
作用在船舶柴油机十字头上的侧推力及其形成的倾覆力矩会引起柴油机的横向振动。一般来说，对于7缸以下的柴油机会产生H型的振动，即使柴油机整体发生横向摇动，其振动的阶次为气缸数的整数倍；对于6缸以上的柴油机，则会产生X型振动，即使柴油机机体产生扭曲，其主要振动阶次为气缸数的一半。
尽管这种横向振动对主机本身并不造成损害，但它可能危及上层走台或增压器支架的安全，并可能引起机舱和双层底结构的局部振动。尤其是随着现代船舶的大型化及船舶建造中大量高强度钢材的使用，导致了相对较轻和刚度较小的船体结构，使得船体振动的固有频率更加接近主机横向振动的激振频率而产生扰人的振动现象。通常的解决方法是，在主机的排气侧（或操纵侧）和前端安装顶部支撑，改变主机/船舶结构的局部刚度，从而将系统的固有频率提高到主机工作转速范围之外。
根据不同的船型和对振动控制具体情况的需要，选择安装磨片顶撑或者液压顶撑。磨片顶撑因其价格优势和安装调整方便之前得到广泛的应用，但伴随着大型集装箱船和对振动有特殊要求船舶的建造，液压顶撑逐渐得到越来越多应用。液压顶撑有如下优点：（1）吸振效果好，具有较强的抗振能力。和较大的稳定性。（2）可被设计成可根据船舶符合状况，通过液压缸来承受并传递因振动所引起的额外作用力，像刚性连接一样，以达到降低其固有振动频率的目的;当所受外力超过设定值时，可以自动调整液压活塞的伸程，并稳定在新的平衡位置。（3）后续的使用维护过中最基本和最重要的维护工作就是对装置活塞位置的设定和装置的放气，也就是对装置的维护调整，一确保装置在正常的范围内工作，维护工作量不大。本文介绍了一种液压顶部支撑，该液压顶撑可用于大型集装箱船，能很好的解决主机振动和船体局部振动。针对此顶撑的特点进行介绍并结合实例介绍了如何应用。
1 原理结构及典型布置
1.1工作原理
当主机机架发生横向振动时，就带动液压缸内压力的变化，通过压力油对蓄能器中的氮气或液压缸的活塞产生的阻尼力作用来吸收或减小主机传递来的振动力，从而达到减小主机振动的目的。液压顶撑的工作介质（液压油和空气）由单独管路接入，其中空气需由总管的调节器和滤器处理后，经分配器至各支路。液压缸负责保证系统刚度的建立，并通过蓄压器、减压阀组、检测阀的作用，依主机振动工况的具体情况，调节各腔内的压力，限制船体与主机之间所允许传递的最大力；而两个球型轴承则被用作船体与主机之间相对垂直和纵向的位移。液压式顶部支撑的显著特点是它的可调节性。当船体发生较大变形时，它能够保持主机与船体之间传递的最大的力不变（依据主机的缸径不同，一般为80~127 KN）,同时还起到双层底/主机系统调频器的作用。
图1液压顶撑的原理图
1.2具体结构
液压顶撑的结构如图2所示，其主要组成部件有：1）液压缸由两个活塞和三个腔构成，其中两个腔注液压油，一个腔注空气。2）一个带有止回阀的蓄压器。3）一个带有减压阀的阀组件。4）活塞位置显示器及其附件。用于安装和调整液压缸内活塞的位置。5）传送轴和锁紧螺母。6）两个球型轴承。7）空气调节器（和滤器）和空气分配器。
图2液压顶撑的结构图
1.3典型布置
图3液压顶撑的典型布置图
液压式顶撑的阻振主要取决于液压缸的直径和空气压力。依据不同的工况，通过液压缸内液压油和空气的流动产生阻尼力来减小激振力。船体与主机之间相对垂直和纵向的位移也通过液压顶撑的内部轴承进行调节。在主机机型选定的情况下，其H型和X型激振力（力矩）由专利厂家的资料可得，故可通过液压缸的选取来控制传递至船体结构部位的激振力的大小。
2工作过程
根据不同的外部负荷情况，顶撑通过动作和调节内部不同的部件，来吸收和减小主机的侧推力和倾覆力矩，以避免共振和保证定出连接部位的船体刚度。
图4 LOW LOAD （Static condition/Light load）
当来自主机和/或船体的力小于85KN时，顶部支撑保持预先调整的状态。但当力在85KN和183.8KN之间时，在第一级腔内（primary chamber）油压将增加。在这种情况下，蓄能器吸收压力。
图5 HEAVY LOAD
当来自主机和/或船体的力高于减压阀的设定压力（力：183.8KN）时，减压阀打开。
同时，第一腔内的油流向第二腔内。在第一腔内的油流向第二腔内期间，第二道活塞向后移动，直到第二腔和空气腔内的压力相等。所以，空气腔吸收压力。
图6 REVERSE LOAD(Negative force 反向负载)
当主机和船体离开彼此时，第一腔内的油压减少。同时，在空气腔中的压缩空气推动第二道活塞向前；且第二腔内的油通过检测阀回流到第一腔内，直到一腔、二腔和空气腔内的压力相等为止。
3安装调整
液压顶撑安装时，要保证推力杆上绿色位置带与缸体边缘持平，如图7所示。同时，考虑到顶撑连接的船体部位在各种主机负载条件下会导致液压活塞偏出或偏进原始位置，在绿色和红色带之间的位置运行是可行的。然而，值得注意的是，液压顶撑不允许在处在红色带区域的情况下运行。
在将液压缸调整到正确的位置后，用4个螺栓将其安装在船体安装点处，在水平方向上调整液压缸，以便使螺栓处于槽型孔的中心位置，拧紧螺栓，安装顶撑于船体侧。对主机侧的安装点，用4个螺栓进行安装，但初次不要紧固。为确保推力杆在水平和垂直方向成一条线，拧紧主机侧安装点的螺栓时可能需要松开船体侧部分的螺栓进行最后调整，最后再按要求的力拧紧所有8个螺栓。
上述工作完成之后，需要把空气管路连接，并检查测量蓄压器内的氮气压力，并对活塞的最初位置进行设定调整。
图7 液压顶撑的安装
4实例应用
以下为某大型集装箱船的液压顶撑选择和布置实例。
5 结束语
对船舶振动控制，主要考虑三方面：一是人员舒适性，随着造船工业的迅速发展，人们对船舶性能品质，使用性能及船员生活环境提出了愈来愈高的要求，为了避免船员工作和生活的烦恼和不安，干扰船员有效执行其职责，对船员工作和生活区域的振动量级要求满足指定标准，民用船舶是遵循ISO6954的规定；二是设备可靠性，为了保证船舶动力设备和仪器在工作环境下正常工作，设备厂家都通过产品耐振试验，提出相应的环境振动要求；三是结构安全性，对于振动引起结构疲劳破坏，目前还几乎很难给出振动的有害量级，往往衡量还是基于结构的应力。
本文介绍了一种液压主机顶撑，对顶撑的原理、结构、安装调整、使用效果进行了深入分析，并结合我司实船选择和使用的经验，对其应用于大型集装箱船的情况和效果进行了介绍。为解决今后主机产生的局部振动问题，提供了一种设备和方法，可供参考与借鉴。
参 考 文 献
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