一種船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其包括用于測量船舶軸系的彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)，用于測量船舶軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)；所述彎矩測量機構(gòu)、彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)應(yīng)用電阻應(yīng)變片，該電阻應(yīng)變片粘貼于靠近螺旋槳端的船舶軸上；彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)通過數(shù)據(jù)線與PC機相連；轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)通過粘貼在船舶軸表面上的反光條，船舶軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖信號值被轉(zhuǎn)速傳感器感知，將信號值傳輸給PC機。本發(fā)明采用兩組四片應(yīng)變片，可增加電阻應(yīng)變片的測量精度，該測量機構(gòu)具有自動調(diào)零的功能；應(yīng)變片的粘貼方法能消除其它力的影響單獨測量出彎矩。本發(fā)明測試系統(tǒng)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的剔除、儲存、調(diào)用、查詢、導(dǎo)出數(shù)據(jù)以及圖形化實時顯示等功能。
【專利說明】一種船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及與一種船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]測量軸段所受的彎曲力矩，為分析軸系受力提供有力的依據(jù)，這一原理已被應(yīng)用于軸系靜態(tài)校中方法中。軸系彎曲力矩通常在靜態(tài)條件下采用頂舉法測量，而后利用三彎矩的方法得到軸承的受力情況，利用應(yīng)變片進行軸系的功率以及扭矩測量技術(shù)已經(jīng)非常成熟。而應(yīng)用應(yīng)變片進行彎曲力矩測量，也有部分研究機構(gòu)(例如美國ABS)給出了測量方法及公式；但都未涉及軸系動態(tài)條件下的彎曲力矩測量。對于運轉(zhuǎn)中的軸系，由于受到眾多動態(tài)因素如螺旋槳的水動力、船體變形、軸承油膜厚度等影響，僅進行軸系靜態(tài)測量不能滿足要求，要知道軸段的受力情況就必須做動態(tài)測量，目前國內(nèi)尚沒有利用應(yīng)變片進行軸系彎矩測量，所以研制軸系動態(tài)彎矩測試裝置十分有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題是:提供一種易于安裝、操作簡便、能實時、準確測量船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。
[0004]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明提供的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其包括用于測量船舶軸系的彎矩測量機構(gòu)、彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)、用于測量船舶軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)。所述彎矩測量機構(gòu)、彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)應(yīng)用電阻應(yīng)變片，該電阻應(yīng)變片粘貼于靠近螺旋槳端的船舶軸上；彎矩測量機構(gòu)、彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)通過數(shù)據(jù)線與PC機相連。轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)通過粘貼在船舶軸表面上的反光條，軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖信號值被轉(zhuǎn)速傳感器感知，將信號值傳輸給PC機；
[0006]所述的彎矩測量機構(gòu)、彎曲應(yīng)力，由電阻應(yīng)變片、干電池、信號發(fā)射單元、信號接收裝置、NI數(shù)據(jù)采集卡、PC機組成，其中:干電池是信號發(fā)射單元的工作電源，它們裝在船舶軸的表面上；電阻應(yīng)變片粘貼于船舶軸表面，并且通過導(dǎo)線與信號發(fā)射單元的輸入端相連；信號接收裝置與NI數(shù)據(jù)采集卡相連；NI數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。
[0007]所述彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)設(shè)有兩組電阻應(yīng)變片，它們以全橋方法呈180°粘貼于船舶軸的表面上。
[0008]所述信號接收器可以在相距< 3m范圍內(nèi)與信號發(fā)射器實現(xiàn)無線傳輸信號。
[0009]所述的數(shù)據(jù)采集卡可以采用NI USB — 6009數(shù)據(jù)采集卡。
[0010]所述的轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)可以由轉(zhuǎn)速傳感器、NI數(shù)據(jù)采集卡、PC機和粘貼于軸表面的反光條組成，其中:轉(zhuǎn)速傳感器正對著反光條距離< IOOmm ;轉(zhuǎn)速傳感器與NI數(shù)據(jù)采集卡相連；NI數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。
[0011]所述的轉(zhuǎn)速傳感器測量的是脈沖信號，船舶軸每轉(zhuǎn)一周傳輸光柵數(shù)目的脈沖信號供給轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器傳輸信號給NI數(shù)據(jù)采集卡，PC機接收信號采集卡的信號，最后由PC機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來統(tǒng)計頻率，該軸的轉(zhuǎn)速通過下述公式得到:[0012]V=(f*60)/n，
[0013]式中:V為轉(zhuǎn)速，f為頻率，n為測量值。
[0014]其數(shù)值計算部分由Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點、VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫、access數(shù)據(jù)庫、互連接口 database、顯示裝置組成，其中:access數(shù)據(jù)庫與互連接口database相連；互連接口 database與Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點相連；labview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點與VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫相連；互連接口 database與access數(shù)據(jù)庫相連；Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點與顯示裝置相連。
[0015]其數(shù)據(jù)處理部分由轉(zhuǎn)速測量值、彎曲應(yīng)力測量值、彎矩測量值、彎曲應(yīng)力趨勢圖組成，所述的顯示模塊，其用于顯示轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)所測量的船舶軸的轉(zhuǎn)速值、彎矩測量機構(gòu)所測量的船舶軸的彎矩值及彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)所測量的船舶軸的彎曲應(yīng)力值的趨勢圖。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的主要的優(yōu)點:
[0017](I)應(yīng)變片粘貼方式是兩組四片，增加電阻應(yīng)變片的測量精度。
[0018](2)軸系在運轉(zhuǎn)過程中通常受到推力、扭矩以及彎矩復(fù)雜受力狀態(tài)，通過圖1的應(yīng)變片的粘貼方法能消除其它力的影響單獨測量出彎矩。
[0019](3)給出適合軸系動態(tài)彎矩和彎曲應(yīng)力測量公式，該公式與美國ABS和NK檢查應(yīng)變片軸系校中推薦公式最大的不同在于，上述兩個船級社給出的公式是軸類桿件單一受彎，拉一彎或扭彎組合的公式，而軸受到扭轉(zhuǎn)彎曲組合變形上述船級社給出的公式就不適用。
[0020](4)利用數(shù)據(jù)庫能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的剔除、儲存、調(diào)用、查詢、導(dǎo)出數(shù)據(jù)以及圖形化實時顯示等功能。
[0021]試驗驗證:在Measurement&Automation中建立虛擬采集卡,其電壓信號為標準的正弦波，幅值為(-10到+10V)，利用DAQmx采集上述的電壓信號，程序運行以后在數(shù)據(jù)庫中生成的數(shù)據(jù)如表I所示:從電壓項可以一個完整周期正弦波數(shù)據(jù)，將采集的電壓值代入到彎矩和彎曲應(yīng)力計算公式得出的結(jié)果與上表實測的結(jié)果完全一致，從而可以得出該測試系統(tǒng)正確可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是彎矩測量惠斯通電橋原理示意圖。
[0023]圖2是轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3是彎曲應(yīng)力機構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖4是彎曲應(yīng)力、彎矩及轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)安裝結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖5是數(shù)值計算框圖。
[0027]圖6是database數(shù)據(jù)處理框圖。
[0028]圖中:1.等分反光條碼；2.軸；3.轉(zhuǎn)速傳感器；4.電阻應(yīng)變片；5.輸出電壓；6.輸入電壓。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但并不局限于下面所述內(nèi)容。
[0030]本發(fā)明提供的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示，包括測量船舶軸系彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)，用于測量船舶軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)，通過電阻應(yīng)變片與彎矩測量機構(gòu)相連，用于計算船舶軸系動態(tài)彎矩的計算單元，用于顯示船舶軸系彎矩隨時間變化的圖形的顯示裝置，用于儲存測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，其中:測量船舶軸系彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)所用電阻應(yīng)變片為兩組四片通過全橋方法呈180°粘貼于靠近螺旋槳端的軸上；轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)通過粘貼在船舶軸表面上的反光條，分別與轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)據(jù)采集機構(gòu)相連，該反光條接受反射光；數(shù)據(jù)采集機構(gòu)通過NI USB — 6009數(shù)據(jù)采集卡采集信號，其通過數(shù)據(jù)線與所述的計算單元相連，該計算單元裝在PC機上；顯示裝置通過數(shù)據(jù)線分別與數(shù)據(jù)采集機構(gòu)、計算單元相連；數(shù)據(jù)庫通過Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點與VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫相連。
[0031]所述轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由轉(zhuǎn)速傳感器、NI數(shù)據(jù)采集卡、PC機和粘貼于軸表面的反光條組成，其中:轉(zhuǎn)速傳感器正對著反光條，二者距離< 100mm;轉(zhuǎn)速傳感器與NI數(shù)據(jù)采集卡相連；NI數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。
[0032]所述轉(zhuǎn)速傳感器測量的是脈沖信號，船舶軸每轉(zhuǎn)一周傳輸光柵數(shù)目的脈沖信號供給PC機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來統(tǒng)計頻率。船舶軸的轉(zhuǎn)速通過計算公式V= (f *60) /n計算得到，式中:V—轉(zhuǎn)速，f一頻率，η一測量值。
[0033]所述船舶彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，由船舶軸、電阻應(yīng)變片、干電池、信號發(fā)射單元、信號接收裝置、NI數(shù)據(jù)采集卡、PC機組成，其中:電阻應(yīng)變片粘貼于軸表面，該電阻應(yīng)變片為日本共和KFG系列通用箔式應(yīng)變片；干電池、信號發(fā)射單元固定在軸表面；電阻應(yīng)變片通過導(dǎo)線與信號發(fā)射單元的輸入端相連；信號發(fā)射單元與干電池相連；信號接收裝置在信號發(fā)射單元3m以內(nèi)通過無線傳輸信號；信號接收裝置與NI數(shù)據(jù)采集卡相連；NI數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。
[0034]所述計算單元，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，其由DAQMX數(shù)據(jù)采集模塊、調(diào)用函數(shù)節(jié)點、VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫、Access數(shù)據(jù)庫組成，其中DAQMX數(shù)據(jù)采集模塊與調(diào)用函數(shù)節(jié)點相連；調(diào)用函數(shù)節(jié)點與VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫相連；調(diào)用函數(shù)節(jié)點與Access數(shù)據(jù)庫相連。
[0035]所述信號的顯示裝置，其由彎矩測量值、轉(zhuǎn)速測量值、彎曲應(yīng)力測量值、彎曲應(yīng)力趨勢圖組成，用于顯示彎矩測量機構(gòu)所測量的船舶軸的彎矩值、轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)所測量的船舶軸的轉(zhuǎn)速值、彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)所測量的船舶軸的彎曲應(yīng)力值的趨勢圖。
[0036]所述數(shù)據(jù)庫，如圖6所示，其由Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點、VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫、access數(shù)據(jù)庫、互連接口 database、顯示裝置組成,其中:access數(shù)據(jù)庫與互連接口 database相連；互連接口 database與Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點相連；Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點與VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫相連；互連接口 database與access數(shù)據(jù)庫相連；Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點與顯示裝置相連。
[0037]本發(fā)明應(yīng)用的Iabview為研發(fā)平臺，其工作原理如下:
[0038]1.當軸轉(zhuǎn)過一定的角度以后，上述粘貼于軸表面的電阻應(yīng)變片的電阻產(chǎn)生變形，產(chǎn)生應(yīng)變片阻值的變化，導(dǎo)致應(yīng)變片的輸出量變化，被遙測儀感知，并把軸彎矩信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號傳送給遙測儀的發(fā)射機；
[0039]2.發(fā)射機以無線電波的形式向接收裝置發(fā)射信號，并將其還原為相應(yīng)的電信號；
[0040]3.接受裝置接收電信號并與NI數(shù)據(jù)采集卡采集卡相連，采集電壓信號；[0041]4、NI數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連；
[0042]5、采集的電信號進入PC機進行數(shù)據(jù)處理；
[0043]6、數(shù)據(jù)處理的具體過程包括:數(shù)值剔除，求平均等處理導(dǎo)入到用VC++編程的動態(tài)鏈接庫中進行數(shù)據(jù)運算；
[0044]7、計算出來的結(jié)果一方面以數(shù)字的形式儲存到access數(shù)據(jù)庫中，另一方面以圖形的形式顯示于前面板；
[0045]8、儲存于access數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可利用database模塊進行儲存、調(diào)用等操作。
[0046]本發(fā)明提供的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，可解決船舶軸系受推力扭轉(zhuǎn)彎曲組合變形，和單獨測量軸的彎矩及給出動態(tài)彎矩和彎曲應(yīng)力，具體工作過程如下:
[0047]第一步，所用電阻應(yīng)變片貼兩組四片如圖1所示，以全橋方法呈180°粘貼于靠近螺旋槳端軸表面上。這種粘貼方法能消除由推力和扭矩對應(yīng)變產(chǎn)生的影響，并具有溫度補償性能；
[0048]第二步，當軸轉(zhuǎn)過一定的角度以后，上述粘貼于軸表面的電阻應(yīng)變片的電阻產(chǎn)生變形，產(chǎn)生應(yīng)變片阻值的變化，導(dǎo)致應(yīng)變片的輸出量變化，并將其轉(zhuǎn)化為與應(yīng)變片成正比的模擬電壓信號Vout ；
[0049]第三步，將所述的模擬電壓信號Vout，通過Iabview中的函數(shù)調(diào)用節(jié)點調(diào)用VC++編程的動態(tài)連接庫進行轉(zhuǎn)速、彎矩以及彎曲應(yīng)力的計算；
[0050]第四步，彎矩M通過如下公式得出:
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于包括用于測量船舶軸系的彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)，用于測量船舶軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)；所述彎矩測量機構(gòu)、彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)應(yīng)用電阻應(yīng)變片，該電阻應(yīng)變片粘貼于靠近螺旋槳端的船舶軸上；彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)通過數(shù)據(jù)線與PC機相連；轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)通過粘貼在船舶軸表面上的反光條，船舶軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖信號值被轉(zhuǎn)速傳感器感知，將信號值傳輸給PC機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶軸系動態(tài)彎矩、彎曲應(yīng)力測試系統(tǒng)，其特征在于所述的彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)，其由電阻應(yīng)變片、干電池、信號發(fā)射單元、信號接收裝置、NI數(shù)據(jù)采集卡、PC機組成，其中:干電池是信號發(fā)射單元的工作電源，它們裝在船舶軸的表面上；電阻應(yīng)變片粘貼于船舶軸表面，并且通過導(dǎo)線與信號發(fā)射單元的輸入端相連；信號接收裝置與NI數(shù)據(jù)采集卡相連；NI數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于:所述彎曲應(yīng)力、彎矩測量機構(gòu)設(shè)有兩組電阻應(yīng)變片，它們以全橋方法呈180°粘貼于船舶軸的表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于:所述信號接收裝置在相距< 3m范圍內(nèi)與信號發(fā)射器實現(xiàn)無線傳輸信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集卡采用NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)由轉(zhuǎn)速傳感器、NI數(shù)據(jù)采集卡、PC機和粘貼于軸表面的反光條組成，其中:轉(zhuǎn)速傳感器正對著反光條距離< IOOmm ;轉(zhuǎn)速傳感器與NI數(shù)據(jù)采集卡相連；NI數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)速傳感器測量的是脈沖信號，船舶軸每轉(zhuǎn)一周傳輸光柵數(shù)目的脈沖信號供給轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器傳輸信號給NI數(shù)據(jù)采集卡，PC機接收信號采集卡的信號，最后由PC機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來統(tǒng)計頻率，該軸的轉(zhuǎn)速通過下述公式得到: V=(f*60)/n，式中:V為轉(zhuǎn)速，f為頻率，η為測量值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于:其數(shù)值計算部分由Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點、VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫、access數(shù)據(jù)庫、互連接口 database、顯示裝置組成,其中:access數(shù)據(jù)庫與互連接口 database相連；互連接口database與Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點相連；labview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點與VC++編程的DLL的動態(tài)連接庫相連；互連接口 database與access數(shù)據(jù)庫相連；Iabview中的調(diào)用函數(shù)節(jié)點與顯示裝置相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶軸系動態(tài)彎曲力矩測試系統(tǒng)，其特征在于:其數(shù)據(jù)處理部分由彎矩測量值、轉(zhuǎn)速測量值、彎曲應(yīng)力測量值、彎曲應(yīng)力趨勢圖組成，所述的顯示模塊，其用于顯示彎矩測量機構(gòu)所測量的船舶軸的彎矩值、轉(zhuǎn)速測量機構(gòu)所測量的船舶軸的轉(zhuǎn)速值、彎曲應(yīng)力測量機構(gòu)所測量的船舶軸的彎曲應(yīng)力值的趨勢圖。
【文檔編號】G01L3/10GK103837275SQ201410090208
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】周新聰, 楊志飛, 唐育民, 秦麗 申請人:武漢理工大學(xué)