本發(fā)明涉及一種液壓式軸向減振器，尤其涉及一種船用大功率低速柴油機(jī)用液壓式軸向減振器的阻尼校核方法。

背景技術(shù)：

液壓式軸向減振器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸小、故障率低、容易實(shí)現(xiàn)阻尼系數(shù)調(diào)整、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在船用大功率低速柴油機(jī)上。

公知的液壓式軸向減振器主要由殼體、活塞、限流器、機(jī)械密封圈四部分組成?；钊麑?shí)際為曲軸自由端的一法蘭盤(pán)，殼體則分為上、下兩部分將活塞包裹并形成前后兩個(gè)油腔，在軸系與殼體的間隙處使用機(jī)械密封。軸向減振器工作時(shí)，通過(guò)殼體上部的兩個(gè)進(jìn)油孔分別對(duì)前后油腔提供穩(wěn)壓液壓油。限流器則用于增加流阻增大阻尼系數(shù)，由于軸系的軸向振動(dòng)帶動(dòng)活塞在油腔內(nèi)做軸向運(yùn)動(dòng)，使得液壓油從活塞一側(cè)泵向另一側(cè)，由于液壓油的阻尼作用，吸收振動(dòng)能量減小振幅，從而達(dá)到減小軸系軸向振動(dòng)對(duì)柴油機(jī)乃至船體振動(dòng)的影響。

目前，在生產(chǎn)上通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷和調(diào)整軸向減振器阻尼系數(shù)；在軸向減振器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)通常在對(duì)標(biāo)軸向減振器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行等比例放大或縮小，此時(shí)阻尼系數(shù)并不可控。

鑒于軸向減振器阻尼系數(shù)對(duì)船舶軸系軸向振動(dòng)的重要性，確保其阻尼系數(shù)滿足要求就顯得尤為重要，對(duì)阻尼系數(shù)的校核也顯得尤為重要。但是，公知技術(shù)對(duì)液壓式軸向減振器的阻尼系數(shù)校核方法有很強(qiáng)的主觀性，且不具備通用性，存在以下缺陷：(1)在校核液壓式軸向減振器阻尼系數(shù)時(shí)需要先計(jì)算液壓系統(tǒng)流量系數(shù)。公知技術(shù)往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者主觀判斷簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)中的流體域，再利用理論公式進(jìn)行計(jì)算流量系數(shù)。如果油腔和限流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，將增大液壓系統(tǒng)流體域簡(jiǎn)化的難度。如此，公知的校核方法將產(chǎn)生較大的誤差。(2)液壓油流經(jīng)不同粗糙度表面所受到的流動(dòng)阻力不同，因此阻尼系數(shù)對(duì)油腔及限流器結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的粗糙度相當(dāng)敏感，而公知校核方法往往忽略結(jié)構(gòu)表面粗糙度的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種用于液壓式軸向減振器阻尼系數(shù)的校核方法，該方法可以適應(yīng)各種復(fù)雜的限流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)液壓式軸向減振器阻尼系數(shù)的定量分析和調(diào)整更精確。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

提供一種液壓式軸向減振器的阻尼系數(shù)校核方法，其包括順序執(zhí)行的以下步驟：步驟s3，采用液壓系統(tǒng)仿真軟件建立液壓式軸向減振器系統(tǒng)模型，輸入液壓油密度和粘度的溫度特性曲線；采用液壓活塞缸模擬軸向減振器活塞與殼體的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；采用節(jié)流孔模擬限流器并以流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線作為節(jié)流孔的輸入?yún)?shù)；液壓油以穩(wěn)定壓力輸入；其余管路、容積以及結(jié)構(gòu)表面粗糙度均與實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)一致；步驟s4，對(duì)活塞按照正弦曲線施加位移邊界條件，正弦曲線的頻率和振幅按照軸系軸向振動(dòng)計(jì)算結(jié)果定義，再采用液壓系統(tǒng)軟件對(duì)模型進(jìn)行求解；步驟s5，將計(jì)算得到的隨時(shí)間變化的活塞受力比上活塞運(yùn)動(dòng)速度，得到液壓系統(tǒng)的瞬態(tài)阻尼。

其中，在步驟s3之前包括：步驟s1，建立限流器及其支管流體域的幾何模型；步驟s2，采用湍流模型描述流體域，輸入液壓油密度和粘度屬性，定義能夠覆蓋液壓式軸向減振器工作狀態(tài)的多組液壓油速度入口邊界條件和壓力出口邊界條件，再采用cfd軟件，建立流體域連續(xù)方程和動(dòng)量方程，并對(duì)方程進(jìn)行求解計(jì)算，最后得到流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線，以該曲線作為步驟s3中節(jié)流孔的輸入?yún)?shù)。

優(yōu)選的，在步驟s1中，運(yùn)用ug軟件建立液壓式軸向減振器限流器及其支管的流體域幾何模型，再利用hypermesh軟件生成流體域的流體網(wǎng)格模型，在步驟s2中，采用fluent軟件建立流體域的湍流模型。

優(yōu)選的，在步驟s5中，取活塞運(yùn)動(dòng)到其往復(fù)運(yùn)動(dòng)中間位置時(shí)的阻尼系數(shù)為 有效值。

本發(fā)明包括步驟s1提取流體域三維幾何模型和步驟s2將幾何模型劃分流體網(wǎng)格，建立流體域有限元模型，并計(jì)算流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線。該曲線作為步驟s3的輸入?yún)?shù)。所述步驟s1、s2是本領(lǐng)域人員已經(jīng)掌握的技術(shù)。接下來(lái)，通過(guò)步驟s3建立軸向減振器液壓系統(tǒng)仿真模型和步驟s4定義液壓系統(tǒng)仿真模型的運(yùn)動(dòng)邊界條件，從而進(jìn)一步在步驟s5求解計(jì)算，提取阻尼系數(shù)。

通過(guò)對(duì)軸向減振器液壓系統(tǒng)的建模計(jì)算，能夠定量的分析減振器的阻尼系數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而能夠有針對(duì)性的改進(jìn)液壓式軸向減振器結(jié)構(gòu)或調(diào)整其阻尼系數(shù)。因此，本發(fā)明對(duì)液壓式軸向減振器阻尼系數(shù)的定量分析和調(diào)整更精確更具針對(duì)性。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

(1)由于直接建立了限流器及其支管的流體域幾何模型并計(jì)算流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線，省去了簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)流體域計(jì)算流量系數(shù)的過(guò)程。避免了在簡(jiǎn)化復(fù)雜液壓系統(tǒng)流體域過(guò)程中精度不足的問(wèn)題，同時(shí)也使得該方法更具有通用性，可以適應(yīng)各種復(fù)雜的限流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(2)考慮了結(jié)構(gòu)表面粗糙度對(duì)阻尼系數(shù)的影響，使得本方法有更好的計(jì)算精度。

(3)本發(fā)明消除了液壓式軸向減振器的阻尼系數(shù)校核的主觀性與不通用性，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以有效驗(yàn)證其阻尼系數(shù)，縮短其開(kāi)發(fā)周期，減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的技術(shù)方案流程圖；

圖2為液壓式軸向減振器幾何模型；

圖3為液壓式軸向減振器流體域幾何模型；

圖4為液壓式軸向減振器流體域有限元網(wǎng)格。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中相同的部件用相同的附圖標(biāo)記 表示。

本發(fā)明包括步驟s1提取流體域三維幾何模型和步驟s2將幾何模型劃分流體網(wǎng)格，建立流體域有限元模型，并計(jì)算流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線。該曲線作為步驟s3的輸入?yún)?shù)。所述步驟s1、s2是本領(lǐng)域人員已經(jīng)掌握的技術(shù)。接下來(lái)，通過(guò)步驟s3建立軸向減振器液壓系統(tǒng)仿真模型和步驟s4定義液壓系統(tǒng)仿真模型的運(yùn)動(dòng)邊界條件，從而進(jìn)一步在步驟s5求解計(jì)算，提取阻尼系數(shù)。

通過(guò)對(duì)軸向減振器液壓系統(tǒng)的建模計(jì)算，能夠定量的分析減振器的阻尼系數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而能夠有針對(duì)性的改進(jìn)液壓式軸向減振器結(jié)構(gòu)或調(diào)整其阻尼系數(shù)。因此，本發(fā)明對(duì)液壓式軸向減振器阻尼系數(shù)的定量分析和調(diào)整更精確更具針對(duì)性。

具體來(lái)說(shuō)，如圖1所示，本發(fā)明的液壓式軸向減振器的阻尼系數(shù)校核方法包括順序執(zhí)行的以下步驟：

步驟s1，建立限流器及其支管流體域的幾何模型。限流器中墊片與墊片通過(guò)螺栓壓緊，因此將多塊墊片重疊區(qū)域看做一體。

步驟s2，采用湍流模型描述流體域，輸入液壓油密度和粘度屬性。定義能夠覆蓋液壓式軸向減振器工作狀態(tài)的多組液壓油速度入口邊界條件和壓力出口邊界條件。再采用cfd軟件，建立流體域連續(xù)方程和動(dòng)量方程，并對(duì)方程進(jìn)行求解計(jì)算，最后得到流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線。

步驟s3，采用液壓系統(tǒng)仿真軟件建立液壓式軸向減振器系統(tǒng)模型。輸入液壓油密度和粘度的溫度特性曲線；采用液壓活塞缸模擬軸向減振器活塞與殼體的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；采用節(jié)流孔模擬限流器并以步驟s2計(jì)算得到的流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線作為節(jié)流孔的輸入?yún)?shù)；液壓油以穩(wěn)定壓力輸入；其余管路、容積以及結(jié)構(gòu)表面粗糙度均與實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)一致。

步驟s4，對(duì)活塞按照正弦曲線施加位移邊界條件，正弦曲線的頻率和振幅按照軸系軸向振動(dòng)計(jì)算結(jié)果定義。再采用液壓系統(tǒng)軟件對(duì)模型進(jìn)行求解。

步驟s5，將計(jì)算得到的隨時(shí)間變化的活塞受力比上活塞運(yùn)動(dòng)速度，就可以得到液壓系統(tǒng)的瞬態(tài)阻尼，一般認(rèn)為活塞運(yùn)動(dòng)到其往復(fù)運(yùn)動(dòng)中間位置時(shí)的阻尼系數(shù)為有效值。

實(shí)施例1

以下結(jié)合s35船用低速柴油機(jī)液壓式軸向減振器，根據(jù)圖1所示的技術(shù)方案流程，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

第一步，首先，運(yùn)用ug軟件建立液壓式軸向減振器限流器及其支管的流體域幾何模型，如圖3所示，再利用hypermesh軟件生成流體域的流體網(wǎng)格模型，如圖4所示。

第二步，采用fluent軟件建立流體域的湍流模型。分21檔定義進(jìn)口流速范圍0.01m/s到10m/s，定義出口壓力為0pa，計(jì)算得到流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線。

第三步，采用液壓系統(tǒng)仿真軟件建立35機(jī)液壓式軸向減振器系統(tǒng)模型。圖2為液壓式軸向減振器幾何模型。輸入液壓油密度和粘度的溫度特性曲線；采用液壓活塞缸模擬軸向減振器活塞與殼體的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；采用節(jié)流孔模擬限流器并以第二步(s2)計(jì)算得到的流體域進(jìn)、出口壓差與總體積流量關(guān)系曲線作為節(jié)流孔的輸入?yún)?shù)；液壓油以穩(wěn)定壓力2.0265bar(相對(duì)壓力)輸入；其余管路、容積以及結(jié)構(gòu)表面粗糙度(ra6.3)等均與實(shí)際圖紙標(biāo)注的參數(shù)一致。

第四步，對(duì)活塞按照正弦曲線施加位移邊界條件，正弦曲線的頻率按照船舶軸系軸向振動(dòng)第一階頻率21hz設(shè)置，振幅按照船舶軸系軸向振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果定義0.68mm。即，正弦曲線：

a＝0.00068*sin(2*π*21*t)

a：振幅；

t：時(shí)間(秒)。

再采用液壓系統(tǒng)軟件對(duì)模型進(jìn)行求解。

第五步，將計(jì)算得到的隨時(shí)間變化的活塞受力比上活塞運(yùn)動(dòng)速度，就可以得到液壓系統(tǒng)的瞬態(tài)阻尼，取活塞運(yùn)動(dòng)到其往復(fù)運(yùn)動(dòng)中間位置時(shí)的阻尼系數(shù)1.901e6ns/m，符合設(shè)計(jì)要求。

以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。