用于船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)的帶有液壓加載裝置的中間軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶推進(jìn)軸系動(dòng)力學(xué)特性研究及大型船舶性能提升，尤其涉及船舶推進(jìn)試驗(yàn)臺(tái)的帶有液壓裝置的中間軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]大型化、專業(yè)化、智能化、安全、節(jié)能與綠色環(huán)保是世界船舶技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)船舶設(shè)計(jì)建造技術(shù)發(fā)展迅猛，大型船舶諸如萬(wàn)箱以上集裝箱船、超大型油輪、航空母艦等，已成為我國(guó)發(fā)展海洋運(yùn)輸、維護(hù)海洋權(quán)益和實(shí)施海洋開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的重要裝備。船舶軸系是動(dòng)力裝置的重要組成部分，其可靠性和穩(wěn)定性是船舶安全航行的重要保障。隨著船舶大型化，主機(jī)單機(jī)功率加大、船體變形增大、軸系的軸頸與長(zhǎng)度隨之加粗(直徑近一米)、加長(zhǎng)(幾十甚至百余米)，軸系運(yùn)轉(zhuǎn)的不確定因素增多，對(duì)其可靠性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等提出更高要求。為適應(yīng)船舶大型化的需求，急需解決船舶軸系優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法的問(wèn)題。
[0003]因此，需要研究大型船舶推進(jìn)系統(tǒng)在海洋環(huán)境下的動(dòng)力學(xué)特性問(wèn)題，特別是考慮船體變形與推進(jìn)軸系的耦合影響等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種用于船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)的帶有液壓加載裝置的中間軸承，以模擬實(shí)際環(huán)境中船體變形在中間軸承處對(duì)推進(jìn)軸系的作用，解決現(xiàn)有船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)的不足。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供的用于船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)的帶有液壓加載裝置的中間軸承，其主要由液壓加載系統(tǒng)、壓力傳感器檢測(cè)單元、位移傳感器檢測(cè)單元、液壓加載控制系統(tǒng)和液壓控制臺(tái)系統(tǒng)組成，其中:液壓加載系統(tǒng)與中間軸承的機(jī)架采用集成性設(shè)計(jì)，以此在支撐中間軸承的軸系的同時(shí)，控制中間軸承水平、垂直方向的位移，用于模擬船體變形所導(dǎo)致的軸承位置偏移。
[0007]所述的液壓加載系統(tǒng)，其由結(jié)構(gòu)相同的各有一個(gè)液壓回路的橫向液壓加載裝置和縱向液壓加載裝置組成，它們分別安裝在所述中間軸承的機(jī)架的橫向、縱向兩個(gè)方向上，液壓加載裝置分別與安裝在機(jī)架上的懸掛軸承套相連。
[0008]所述的橫向液壓加載裝置、縱向液壓加載裝置，均設(shè)有伺服液壓缸、電液伺服閥、伺服液壓缸外殼、精濾器、單向閥、電磁溢流閥、液壓栗和栗站電機(jī)，其中:伺服液壓缸被伺服液壓缸外殼所包裹固定，該伺服液壓缸外殼與機(jī)架用螺釘固定相連。
[0009]所述的橫向液壓加載裝置、縱向液壓加載裝置，它們的液壓回路分別作用或者同時(shí)調(diào)節(jié)。
[0010]所述壓力傳感器檢測(cè)單元主要由以數(shù)據(jù)線相連的工控機(jī)、四個(gè)壓力傳感器組成，其中:橫向液壓加載裝置和縱向液壓加載裝置各設(shè)有兩個(gè)測(cè)壓接頭，測(cè)壓接頭上的螺紋用來(lái)固定壓力傳感器位置；所述測(cè)壓接頭分別安裝在伺服液壓缸的前油腔和后油腔中，對(duì)前油腔和后油腔的壓力變化進(jìn)行監(jiān)控。
[0011]所述位移傳感器檢測(cè)單元主要由以數(shù)據(jù)線相連的工控機(jī)、兩個(gè)位移傳感器組成，其中:橫向液壓加載裝置和縱向液壓加載裝置中各裝有I個(gè)通過(guò)螺紋固定在中間軸承的機(jī)架上的位移傳感器。
[0012]所述液壓控制臺(tái)系統(tǒng)，主要由以數(shù)據(jù)線相連的工控機(jī)、栗站電機(jī)電源和控制回路、PCI信號(hào)采集系統(tǒng)、液壓比例閥控制回路、循環(huán)水栗電源和控制回路組成。
[0013]在圓柱銷與懸掛軸承套連接處安裝軸用彈性擋圈，用以確保液壓加載系統(tǒng)中的伺服液壓缸的加載方向正確，并進(jìn)行一定的緩沖，防止加載過(guò)猛，損傷軸系部件。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.現(xiàn)有的絕大部分軸系實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)部分完全固定，軸承無(wú)法移動(dòng)，即使少部分軸系試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)軸承座下添加墊片等方法，從一定程度上實(shí)現(xiàn)軸承的垂向位移。但這些所有的實(shí)驗(yàn)臺(tái)都無(wú)法從根本上實(shí)現(xiàn)軸承的位移，而本發(fā)明通過(guò)在中間軸承的支撐部分添加液壓加載系統(tǒng)，使軸承位置發(fā)生位移，解決現(xiàn)有的船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)不能模擬船體變形對(duì)軸系的作用。
[0016]2.通過(guò)與液壓加載系統(tǒng)相連的控制測(cè)量系統(tǒng)，利用壓力傳感器和位移傳感器的反饋數(shù)據(jù)，通過(guò)在上位機(jī)中控制伺服閥的開(kāi)度，確定位移變化的大小和規(guī)律，用以模擬船舶運(yùn)行過(guò)程中船體變形所導(dǎo)致的軸承位置動(dòng)態(tài)位移。同時(shí)，多方向液壓加載裝置的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)船舶推進(jìn)軸承的多方向同時(shí)位移加載，更加真實(shí)的模擬實(shí)際航行軸系受船體變形的影響情況，反映推進(jìn)軸系運(yùn)行狀態(tài)，完善船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)測(cè)試能力。
[0017]通過(guò)研究模擬船體變形對(duì)軸系振動(dòng)特性的影響實(shí)驗(yàn)，在一定轉(zhuǎn)速下施加垂向/橫向位移，根據(jù)位移傳感器得到滾動(dòng)軸承實(shí)際位移大小，通過(guò)振動(dòng)傳感器對(duì)軸系振動(dòng)變化情況進(jìn)行測(cè)量，從振動(dòng)特性變化的角度分析檢驗(yàn)此裝置能夠正確的對(duì)船體變形情況進(jìn)行模擬測(cè)試，其結(jié)果參見(jiàn)圖5-圖13。分析測(cè)試結(jié)果，對(duì)比加載前后的振動(dòng)特性曲線，可以看出本裝置能夠很好的反映出軸承位置變化對(duì)軸系振動(dòng)特性的影響。由此看出，本裝置可以通過(guò)液壓加載系統(tǒng)改變軸承垂向和橫向位置，進(jìn)而動(dòng)態(tài)模擬船體變形，分析其對(duì)軸系振動(dòng)特性的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，包含橫向、縱向液壓加載裝置，兩者結(jié)構(gòu)相同。
[0019]圖2是液壓加載裝置原理圖。
[0020]圖3是液壓控制臺(tái)閉環(huán)控制方框圖。
[0021 ] 圖4是液壓控制臺(tái)系統(tǒng)圖。
[0022]圖5-圖7分別是在空載情況下，軸系在100r/min三個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)3個(gè)不同測(cè)點(diǎn)的UX、UY的位移響應(yīng)頻譜圖，作為對(duì)比曲線與加載后的曲線進(jìn)行對(duì)比。
[0023]圖8-圖10分別是軸系在施加了垂向船體動(dòng)態(tài)位移激勵(lì)時(shí)3個(gè)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)頻譜圖。與空載時(shí)的頻譜圖相比，在軸承上施加了位移動(dòng)態(tài)激勵(lì)后，測(cè)點(diǎn)處得位移響應(yīng)均出現(xiàn)了較大增幅，即船體垂向的動(dòng)態(tài)位移會(huì)引起船舶推進(jìn)軸系的回旋振動(dòng)。
[0024]圖11-圖13分別是軸系在施加了橫向船體動(dòng)態(tài)位移激勵(lì)時(shí)3個(gè)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)頻譜圖。與空載時(shí)的頻譜圖相比，在軸承上施加了位移動(dòng)態(tài)激勵(lì)后，測(cè)點(diǎn)處得位移響應(yīng)均出現(xiàn)了較大增幅，即船體垂向的動(dòng)態(tài)位移會(huì)引起船舶推進(jìn)軸系的回旋振動(dòng)，但比垂向激勵(lì)的影響小。
[0025]圖中:1.橫向液壓加載裝置；2.縱向液壓加載裝置；3.位移傳感器；4.壓力傳感器；5.伺服液壓缸；6.電液伺服閥；7.伺服液壓缸外殼；8.測(cè)壓接頭；9.油缸固定內(nèi)六角螺釘；10.圓柱銷；11.軸用彈性擋圈；12.懸掛軸承套；13.圓柱滾子軸承；14.調(diào)整內(nèi)六角螺釘；15.橫調(diào)整內(nèi)六角螺釘；16.外六角螺釘；17.機(jī)架壓板；18.機(jī)架；19.精濾器；20.單向閥；21.電磁溢流閥；22.液壓栗；23.栗站電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明提供的一種用于船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)的帶有液壓加載裝置的中間軸承。該中間軸承帶有的加載裝置主要由力加載液壓裝置、力傳感器檢測(cè)單元、位移傳感器檢測(cè)單元和液壓加載系統(tǒng)控制器等組成。力加載液壓裝置共有兩個(gè)液壓回路，分別安裝在船舶推進(jìn)軸系上中間軸承處橫向、縱向兩個(gè)方向上，利用油缸進(jìn)行加載，兩個(gè)液壓回路既可分別作用亦可同時(shí)調(diào)節(jié)。通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)壓力的大小，位移傳感器檢測(cè)軸移動(dòng)距離，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，對(duì)軸承進(jìn)行常規(guī)的周期函數(shù)位移加載，以模擬實(shí)際環(huán)境中船體變形在中間軸承處對(duì)推進(jìn)軸系的作用，解決船體變形和推進(jìn)軸系之間的耦合影響，有效研究推進(jìn)軸系動(dòng)力學(xué)特性。
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限定本發(fā)明。
[0028]本發(fā)明提供的一種用于船舶推進(jìn)軸系試驗(yàn)臺(tái)的帶有液壓加載裝置的中間軸承，其采用圓柱滾子軸承與液壓加載裝置懸掛連接的結(jié)構(gòu)，通過(guò)內(nèi)外液壓油缸不平衡的油壓，改變油缸活塞位置，進(jìn)而改變與之懸掛連接的圓柱滾子軸承的位置。該中間軸承的結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示，主要由液壓加載系統(tǒng)、壓力傳感器檢測(cè)單元、位移傳感器檢測(cè)單元、液壓加載控制系統(tǒng)和液壓控制臺(tái)系統(tǒng)組成；其中，液壓加載裝置與中間軸承采用集成性設(shè)計(jì)，以此改變傳統(tǒng)軸承無(wú)法移動(dòng)的特性，在支撐中間軸承的軸系的同時(shí)，可以控制軸承水平、垂直方向的位移，用于模擬船體變形所導(dǎo)致的軸承位置偏移。
[0029]所述液壓加載系統(tǒng)有兩個(gè)液壓回路，分別安裝在船舶推進(jìn)軸系實(shí)驗(yàn)臺(tái)中間軸承處橫向、縱向兩個(gè)方向上，因此可以分別稱其為橫向液壓加載裝置1、縱向液壓加載裝置2 (圖1)，它們的結(jié)構(gòu)相同，包括伺服液壓缸5、電液伺服閥6、伺服液壓缸外殼7、精濾器19、單向閥20、電磁溢流閥21、液壓栗22、栗站電機(jī)23，其中:伺服液壓缸5被伺服液壓缸外殼7所包裹固定，并利用油缸固定內(nèi)六角螺釘9將伺服液壓缸外殼7與機(jī)架18相連，借此固定伺服液壓缸5的位置。其液壓加載方式是:通過(guò)栗站電機(jī)23帶動(dòng)液壓栗22為總油管路提供初始油壓，并利用單向閥20和電磁溢流閥21進(jìn)行相應(yīng)控制，確保油壓穩(wěn)定；利用精濾器19去除油液中的雜質(zhì)。加載時(shí)，通過(guò)電液伺服閥6改變伺服液壓缸5前后腔壓力，控制油缸活塞前進(jìn)或后退，帶動(dòng)與圓柱銷10相連的懸掛軸承套12和圓柱滾子軸承13位移，模擬船體變形導(dǎo)致的軸承位置變化；圓柱滾子軸承13被機(jī)架上的懸掛軸承套12所包裹固定，而懸掛軸承套12通過(guò)圓柱銷10 (銷連接)與液壓加載系統(tǒng)相連，懸掛于伺服液壓缸5中活塞下端銷連接處，確保當(dāng)伺服液壓缸5加載的變化時(shí)，能夠通過(guò)懸掛軸承套12帶動(dòng)圓柱滾子軸承13，使其位置發(fā)生變化，其中銷連接處通過(guò)軸用彈性擋圈11進(jìn)行緩沖，此種連接結(jié)構(gòu)在起到軸承支撐作用的同時(shí)，方便在軸系運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)改變軸承位置，模擬船體變形對(duì)軸系的影響。另夕卜，在圓柱銷10與懸掛軸承套12連接處安裝軸用彈性擋圈11，用以確保液壓加載系統(tǒng)中的伺服液壓缸5的加載方向正確，并進(jìn)行一定的緩沖，防止加載過(guò)猛，損傷軸系部件。
[0030]所述兩個(gè)液壓回路，其中一個(gè)液壓回路是:液壓栗22輸出的壓力油經(jīng)精濾器19過(guò)濾后，再通過(guò)單向閥20至電磁溢流閥21并卸荷，按下控制臺(tái)上栗站電機(jī)23啟動(dòng)按鈕，此開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出至PLC，3s后，PLC控制電磁溢流閥21上的電磁鐵DT得電，從而實(shí)現(xiàn)栗站電機(jī)23