用于船舶推進軸系試驗臺的帶有液壓加載裝置的中間軸承的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶推進軸系動力學特性研究及大型船舶性能提升，尤其涉及船舶推進試驗臺的帶有液壓裝置的中間軸承。
【背景技術】
[0002]大型化、專業(yè)化、智能化、安全、節(jié)能與綠色環(huán)保是世界船舶技術發(fā)展趨勢。我國船舶設計建造技術發(fā)展迅猛，大型船舶諸如萬箱以上集裝箱船、超大型油輪、航空母艦等，已成為我國發(fā)展海洋運輸、維護海洋權益和實施海洋開發(fā)戰(zhàn)略的重要裝備。船舶軸系是動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，主機單機功率加大、船體變形增大、軸系的軸頸與長度隨之加粗(直徑近一米)、加長(幾十甚至百余米)，軸系運轉的不確定因素增多，對其可靠性、安全性、環(huán)境適應性等提出更高要求。為適應船舶大型化的需求，急需解決船舶軸系優(yōu)化設計理論與方法的問題。
[0003]因此，需要研究大型船舶推進系統(tǒng)在海洋環(huán)境下的動力學特性問題，特別是考慮船體變形與推進軸系的耦合影響等問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種用于船舶推進軸系試驗臺的帶有液壓加載裝置的中間軸承，以模擬實際環(huán)境中船體變形在中間軸承處對推進軸系的作用，解決現(xiàn)有船舶推進軸系試驗臺的不足。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案:
[0006]本發(fā)明提供的用于船舶推進軸系試驗臺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)、壓力傳感器檢測單元、位移傳感器檢測單元、液壓加載控制系統(tǒng)和液壓控制臺系統(tǒng)組成，其中:液壓加載系統(tǒng)與中間軸承的機架采用集成性設計，以此在支撐中間軸承的軸系的同時，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致的軸承位置偏移。
[0007]所述的液壓加載系統(tǒng)，其由結構相同的各有一個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架的橫向、縱向兩個方向上，液壓加載裝置分別與安裝在機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，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調節(jié)。
[0010]所述壓力傳感器檢測單元主要由以數(shù)據(jù)線相連的工控機、四個壓力傳感器組成，其中:橫向液壓加載裝置和縱向液壓加載裝置各設有兩個測壓接頭，測壓接頭上的螺紋用來固定壓力傳感器位置；所述測壓接頭分別安裝在伺服液壓缸的前油腔和后油腔中，對前油腔和后油腔的壓力變化進行監(jiān)控。
[0011]所述位移傳感器檢測單元主要由以數(shù)據(jù)線相連的工控機、兩個位移傳感器組成，其中:橫向液壓加載裝置和縱向液壓加載裝置中各裝有I個通過螺紋固定在中間軸承的機架上的位移傳感器。
[0012]所述液壓控制臺系統(tǒng)，主要由以數(shù)據(jù)線相連的工控機、栗站電機電源和控制回路、PCI信號采集系統(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，并進行一定的緩沖，防止加載過猛，損傷軸系部件。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下主要的優(yōu)點:
[0015]1.現(xiàn)有的絕大部分軸系實驗臺結構部分完全固定，軸承無法移動，即使少部分軸系試驗臺通過軸承座下添加墊片等方法，從一定程度上實現(xiàn)軸承的垂向位移。但這些所有的實驗臺都無法從根本上實現(xiàn)軸承的位移，而本發(fā)明通過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)有的船舶推進軸系試驗臺不能模擬船體變形對軸系的作用。
[0016]2.通過與液壓加載系統(tǒng)相連的控制測量系統(tǒng)，利用壓力傳感器和位移傳感器的反饋數(shù)據(jù)，通過在上位機中控制伺服閥的開度，確定位移變化的大小和規(guī)律，用以模擬船舶運行過程中船體變形所導致的軸承位置動態(tài)位移。同時，多方向液壓加載裝置的設計可以實現(xiàn)船舶推進軸承的多方向同時位移加載，更加真實的模擬實際航行軸系受船體變形的影響情況，反映推進軸系運行狀態(tài)，完善船舶推進軸系試驗臺的試驗測試能力。
[0017]通過研究模擬船體變形對軸系振動特性的影響實驗，在一定轉速下施加垂向/橫向位移，根據(jù)位移傳感器得到滾動軸承實際位移大小，通過振動傳感器對軸系振動變化情況進行測量，從振動特性變化的角度分析檢驗此裝置能夠正確的對船體變形情況進行模擬測試，其結果參見圖5-圖13。分析測試結果，對比加載前后的振動特性曲線，可以看出本裝置能夠很好的反映出軸承位置變化對軸系振動特性的影響。由此看出，本裝置可以通過液壓加載系統(tǒng)改變軸承垂向和橫向位置，進而動態(tài)模擬船體變形，分析其對軸系振動特性的影響。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結構示意圖，包含橫向、縱向液壓加載裝置，兩者結構相同。
[0019]圖2是液壓加載裝置原理圖。
[0020]圖3是液壓控制臺閉環(huán)控制方框圖。
[0021 ] 圖4是液壓控制臺系統(tǒng)圖。
[0022]圖5-圖7分別是在空載情況下，軸系在100r/min三個轉速時3個不同測點的UX、UY的位移響應頻譜圖，作為對比曲線與加載后的曲線進行對比。
[0023]圖8-圖10分別是軸系在施加了垂向船體動態(tài)位移激勵時3個測點的響應頻譜圖。與空載時的頻譜圖相比，在軸承上施加了位移動態(tài)激勵后，測點處得位移響應均出現(xiàn)了較大增幅，即船體垂向的動態(tài)位移會引起船舶推進軸系的回旋振動。
[0024]圖11-圖13分別是軸系在施加了橫向船體動態(tài)位移激勵時3個測點的響應頻譜圖。與空載時的頻譜圖相比，在軸承上施加了位移動態(tài)激勵后，測點處得位移響應均出現(xiàn)了較大增幅，即船體垂向的動態(tài)位移會引起船舶推進軸系的回旋振動，但比垂向激勵的影響小。
[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.測壓接頭；9.油缸固定內六角螺釘；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.調整內六角螺釘；15.橫調整內六角螺釘；16.外六角螺釘；17.機架壓板；18.機架；19.精濾器；20.單向閥；21.電磁溢流閥；22.液壓栗；23.栗站電機。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明提供的一種用于船舶推進軸系試驗臺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、力傳感器檢測單元、位移傳感器檢測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液壓回路，分別安裝在船舶推進軸系上中間軸承處橫向、縱向兩個方向上，利用油缸進行加載，兩個液壓回路既可分別作用亦可同時調節(jié)。通過壓力傳感器檢測壓力的大小，位移傳感器檢測軸移動距離，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制，對軸承進行常規(guī)的周期函數(shù)位移加載，以模擬實際環(huán)境中船體變形在中間軸承處對推進軸系的作用，解決船體變形和推進軸系之間的耦合影響，有效研究推進軸系動力學特性。
[0027]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0028]本發(fā)明提供的一種用于船舶推進軸系試驗臺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構，通過內外液壓油缸不平衡的油壓，改變油缸活塞位置，進而改變與之懸掛連接的圓柱滾子軸承的位置。該中間軸承的結構如圖1至圖4所示，主要由液壓加載系統(tǒng)、壓力傳感器檢測單元、位移傳感器檢測單元、液壓加載控制系統(tǒng)和液壓控制臺系統(tǒng)組成；其中，液壓加載裝置與中間軸承采用集成性設計，以此改變傳統(tǒng)軸承無法移動的特性，在支撐中間軸承的軸系的同時，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致的軸承位置偏移。
[0029]所述液壓加載系統(tǒng)有兩個液壓回路，分別安裝在船舶推進軸系實驗臺中間軸承處橫向、縱向兩個方向上，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)，它們的結構相同，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，并利用油缸固定內六角螺釘9將伺服液壓缸外殼7與機架18相連，借此固定伺服液壓缸5的位置。其液壓加載方式是:通過栗站電機23帶動液壓栗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進行相應控制，確保油壓穩(wěn)定；利用精濾器19去除油液中的雜質。加載時，通過電液伺服閥6改變伺服液壓缸5前后腔壓力，控制油缸活塞前進或后退，帶動與圓柱銷10相連的懸掛軸承套12和圓柱滾子軸承13位移，模擬船體變形導致的軸承位置變化；圓柱滾子軸承13被機架上的懸掛軸承套12所包裹固定，而懸掛軸承套12通過圓柱銷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，確保當伺服液壓缸5加載的變化時，能夠通過懸掛軸承套12帶動圓柱滾子軸承13，使其位置發(fā)生變化，其中銷連接處通過軸用彈性擋圈11進行緩沖，此種連接結構在起到軸承支撐作用的同時，方便在軸系運行時動態(tài)改變軸承位置，模擬船體變形對軸系的影響。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，并進行一定的緩沖，防止加載過猛，損傷軸系部件。
[0030]所述兩個液壓回路，其中一個液壓回路是:液壓栗22輸出的壓力油經(jīng)精濾器19過濾后，再通過單向閥20至電磁溢流閥21并卸荷，按下控制臺上栗站電機23啟動按鈕，此開關信號輸出至PLC，3s后，PLC控制電磁溢流閥21上的電磁鐵DT得電，從而實現(xiàn)栗站電機23