本發(fā)明涉及模擬船舶推進(jìn)器的加載試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

船舶主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，使螺旋槳產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又將螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的推力通過推力軸承傳給船體，推動(dòng)船舶航行。在這個(gè)復(fù)雜的過程中，推進(jìn)電機(jī)向螺旋槳傳遞著扭矩，同時(shí)，螺旋槳通過推進(jìn)軸向止推軸承傳遞著靜推力，而由于螺旋槳在船艉不均勻流場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，還存在著推力的非定常分量，從而誘發(fā)船舶推進(jìn)軸系振動(dòng)，引起船體振動(dòng)，并產(chǎn)生輻射噪聲。

目前，國內(nèi)相關(guān)高校以及科研機(jī)構(gòu)已建立了一些可供教學(xué)科研用的模擬船舶推進(jìn)器的加載試驗(yàn)裝置，用來模擬船舶螺旋槳與推進(jìn)軸之間的相互作用載荷。如武漢理工大學(xué)朱漢華提出了一種軸系電磁液壓綜合模擬試驗(yàn)加載裝置(cn104807629a)，在試驗(yàn)軸中間段位置采用直流電磁扭矩裝置進(jìn)行扭矩加載，在軸艉端采用液壓方式進(jìn)行軸向力加載，同時(shí)也可以進(jìn)行多個(gè)方向的徑向力加載，但該裝置主要是用于在軸系安裝前對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試和極限加載破壞性試驗(yàn)，同時(shí)其采用球軸承聯(lián)接會(huì)在軸向力傳遞時(shí)引入額外的脈動(dòng)力影響；一種模擬船舶推進(jìn)控制系統(tǒng)(發(fā)明專利：cn102426423a)、一種船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的試驗(yàn)系統(tǒng)(發(fā)明專利：cn101221699a)和船用螺旋槳?jiǎng)討B(tài)負(fù)載模擬裝置(發(fā)明專利：cn103792853a)僅考慮了扭矩負(fù)載的影響；中國艦船研究設(shè)計(jì)中心研制的推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)架(艦船推進(jìn)軸系的螺旋槳激勵(lì)力傳遞特性，中國艦船研究，2015，10(6)：81-86)，該臺(tái)架中采用液壓方式加載軸向靜推力，在螺旋槳部位錘擊的方式沿軸向、徑向和垂向進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，而沒有考慮扭矩負(fù)載對(duì)推進(jìn)軸的振動(dòng)影響；國防科技大學(xué)王家盛研制的推進(jìn)軸系實(shí)驗(yàn)裝置(中國電子學(xué)會(huì)電子機(jī)械工程分會(huì)2009年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集2009年),該裝置配備了循環(huán)水箱來提供推進(jìn)器所需的外部水環(huán)境，但受限于尺寸以及不穩(wěn)定流場(chǎng)限制，一定程度上降低了試驗(yàn)臺(tái)的可靠性；武漢理工大學(xué)嚴(yán)新平研制的船舶軸系綜合試驗(yàn)平臺(tái)(發(fā)明專利：cn102980765a；發(fā)明專利：cn103353395a)，該裝置采用液壓方式對(duì)推進(jìn)軸加載三向軸向力以及扭矩負(fù)載，但在該裝置中液壓加載裝置直接將力作用至軸承殼體，忽略了軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)時(shí)引起的脈動(dòng)分量影響，扭矩加載采用齒輪嚙合也增加了推進(jìn)軸受力的不均勻性；華中科技大學(xué)趙耀等研制的船舶推進(jìn)軸系縱向振動(dòng)模擬試驗(yàn)臺(tái)(發(fā)明專利：cn102297753a)，該裝置采用動(dòng)加載模塊與靜加載模塊來模擬螺旋槳的縱向交變激勵(lì)力，忽略了扭矩對(duì)推進(jìn)軸振動(dòng)的影響，加載裝置中采用的止推軸承同樣也沒有考慮軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)時(shí)引起的脈動(dòng)分量影響，該裝置也存在一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種模擬船舶推進(jìn)器的加載試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)能夠全面模擬船舶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中螺旋槳與推進(jìn)軸之間相互作用的各種載荷，能夠?yàn)榇巴七M(jìn)系統(tǒng)的相關(guān)理論及試驗(yàn)研究提供切實(shí)有效可行的試驗(yàn)裝置。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下方案：

一種模擬船舶推進(jìn)器的加載試驗(yàn)裝置，該加載試驗(yàn)裝置主要包括螺旋槳模擬塊、軸向靜推力加載裝置、動(dòng)態(tài)力加載裝置、扭矩加載裝置和三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置組成；所述的螺旋槳模擬塊安裝在推進(jìn)軸艉軸末端；軸向靜推力加載裝置與推進(jìn)軸聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)軸向力的傳遞；動(dòng)態(tài)力加載裝置可以實(shí)現(xiàn)沿軸向和徑向加載動(dòng)態(tài)力；扭矩加載裝置對(duì)稱布置在推進(jìn)軸兩側(cè)，與推進(jìn)軸之間通過窄v帶機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)；三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置可以測(cè)量傳遞到推進(jìn)軸x、y、z三向?qū)嶋H的動(dòng)態(tài)力分量力值。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述的螺旋槳模擬塊用于匹配船舶推進(jìn)器，安裝在推進(jìn)軸艉軸末端。

所述的軸向靜推力加載裝置主要由推力加載反力框架、氣囊、承壓板、靜態(tài)力傳感器、推力調(diào)心滾子軸承組件以及氣源控制系統(tǒng)組成。

所述的動(dòng)態(tài)力加載裝置由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和電磁激振器組成，由信號(hào)發(fā)生器生成動(dòng)態(tài)激勵(lì)信號(hào)經(jīng)功率放大器輸送到電磁激振器，通過電磁激振器對(duì)推進(jìn)軸系施加動(dòng)態(tài)激勵(lì)；動(dòng)態(tài)力經(jīng)推力調(diào)心滾子軸承、三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置傳遞到推進(jìn)軸上，并由三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置測(cè)量最終傳遞到推進(jìn)軸上的動(dòng)態(tài)力實(shí)際力值。

所述的扭矩加載裝置由對(duì)稱布置在推進(jìn)軸兩側(cè)的磁粉制動(dòng)器、柱銷聯(lián)軸器、扭矩傳感器、窄v帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)接橫梁和程控電源組成；所述扭矩加載裝置采用對(duì)稱布置在推進(jìn)軸兩側(cè)的兩臺(tái)磁粉制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)，推進(jìn)軸艉端與扭矩加載裝置上均設(shè)置有v型帶輪，推進(jìn)軸與扭矩加載裝置之間通過安裝在v型帶輪上的窄v帶傳動(dòng)，窄v帶通過一定方式的布置使軸受純剪切力，并且將這兩套扭矩加載裝置之間用兩根橫梁聯(lián)接。

所述的三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置由安裝板和三向動(dòng)態(tài)力傳感器組成。

所述的軸向靜推力加載、動(dòng)態(tài)力加載與扭矩加載可單獨(dú)或同時(shí)實(shí)現(xiàn)并能夠無級(jí)調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明可全面模擬船舶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中螺旋槳與推進(jìn)軸之間相互作用的各種載荷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)軸向靜推力、動(dòng)態(tài)力與扭矩的加載；動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置可以測(cè)量傳遞到推進(jìn)軸x、y、z三向?qū)嶋H的動(dòng)態(tài)力分量力值，有效消除調(diào)心滾子軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)對(duì)動(dòng)態(tài)力的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中加載試驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明中軸向推力加載裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明中扭矩加載裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明中三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1-螺旋槳模擬塊；2-軸向推力加載裝置；3-動(dòng)態(tài)力加載裝置；4-扭矩加載裝置；5-三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置；6-推力加載反力框架；7-氣囊；8-承壓板；9-靜態(tài)力傳感器；10-推力調(diào)心滾子軸承組件；11-磁粉制動(dòng)器；12-柱銷聯(lián)軸器；13-扭矩傳感器、14-窄v帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；15-聯(lián)接橫梁；16-安裝板；17-三向動(dòng)態(tài)力傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的一種模擬船舶推進(jìn)器的加載試驗(yàn)裝置，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該加載試驗(yàn)裝置主要由螺旋槳模擬塊1、軸向靜推力加載裝置2、動(dòng)態(tài)力加載裝置3、扭矩加載裝置4和三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置5組成。其中，螺旋槳模擬塊1安裝在推進(jìn)軸艉軸末端，軸向推力加載裝置2與推進(jìn)軸聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)軸向力的傳遞；動(dòng)態(tài)力加載裝置3可以實(shí)現(xiàn)沿軸向和徑向加載動(dòng)態(tài)力；扭矩加載裝置4采用對(duì)稱布置在推進(jìn)軸兩側(cè)的兩臺(tái)磁粉制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)；三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置5測(cè)量傳遞到推進(jìn)軸x、y、z三向?qū)嶋H的動(dòng)態(tài)力分量力值。軸向靜推力加載裝置2和扭矩加載裝置4，分別可模擬船舶螺旋槳在水中運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的靜推力和扭矩負(fù)載；動(dòng)態(tài)力加載裝置3模擬螺旋槳在非均勻流場(chǎng)中運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的脈動(dòng)力。

軸向靜推力加載裝置2如圖2所示，主要由推力加載反力框架6、氣囊7、承壓板8、靜態(tài)力傳感器9、推力調(diào)心滾子軸承組件10以及氣源控制系統(tǒng)組成。推力加載反力框架6固定不動(dòng)，通過調(diào)節(jié)氣源控制系統(tǒng)中比例閥來調(diào)節(jié)氣囊7供氣壓力，氣囊7產(chǎn)生一定的軸向位移從而產(chǎn)生軸向靜推力，該推力通過推力調(diào)心滾子軸承組件10作用至三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置5，從而傳遞到推進(jìn)軸。該軸向靜推力可無級(jí)調(diào)節(jié)，且由靜態(tài)力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與記錄。

扭矩加載裝置4如圖3所示，主要由磁粉制動(dòng)器11、柱銷聯(lián)軸器12、扭矩傳感器13、窄v帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14、聯(lián)接橫梁15和程控電源組成。其中，扭矩加載裝置4采用對(duì)稱布置在推進(jìn)軸兩側(cè)的兩臺(tái)磁粉制動(dòng)器11實(shí)現(xiàn)，推進(jìn)軸艉端與扭矩加載裝置4上均設(shè)置有v型帶輪，推進(jìn)軸與扭矩加載裝置4之間通過安裝在v型帶輪上的窄v帶傳動(dòng)，窄v帶通過一定方式的布置使軸受純剪切力，并且將這兩套扭矩加載裝置4之間用兩根橫梁聯(lián)接，這樣該剪切力從整體上來講為系統(tǒng)內(nèi)力，從而可實(shí)現(xiàn)消除兩側(cè)傳動(dòng)裝置對(duì)推進(jìn)軸受力的影響。通過程控電源調(diào)節(jié)其輸入電流值從而改變加載扭矩大小，可以實(shí)時(shí)測(cè)量負(fù)載消耗的扭矩及功。

三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置5如圖4所示，由安裝板16和三向動(dòng)態(tài)力傳感器17組成。通過三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置5可以測(cè)量傳遞到推進(jìn)軸x、y、z三向?qū)嶋H的動(dòng)態(tài)力分量力值。通過一定的預(yù)緊力，對(duì)4個(gè)三向動(dòng)態(tài)力傳感器17與安裝板16進(jìn)行裝配。并通過相應(yīng)的測(cè)試方法，可以通過三分量動(dòng)態(tài)力測(cè)量裝置5測(cè)量傳遞到推進(jìn)軸x、y、z三向?qū)嶋H的動(dòng)態(tài)力分量力值。

以上所舉實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，僅用來方便說明本發(fā)明，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部改動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。