[發明專利]一種船舶推進軸系動態負荷測試方法

在審

• 申請號: 201710563753.7
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107588952A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 汪驥;張晨;劉曉;李瑞;劉玉君;樊榮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠

技術領域

本發明提供一種船舶推進軸系動態負荷的測量方法，屬于船舶推進軸系動態負荷測試技術領域。

背景技術

隨著造船的大型化，對軸系校中質量要求越來越高，因此對軸系負荷測量精度的要求也越來越高，這促進了對軸系負荷測量的研究。合理校中及之前的校中方法都只是考慮船舶軸系靜止時的工況，沒有涉及到船舶軸系運轉時的動態因素，此時的軸承負荷測量的也是軸承靜態負荷。關于軸承負荷測量的方法國內外大概有三種，即測力計測負荷法、液壓千斤頂頂舉測負荷法和電阻應變片測量軸承彎矩及負荷換算法。

測力計測負荷法按測力計的不同，可分為兩種：彈簧式測力計測負荷法和電子測力計測負荷法。測力計法較為簡單，用測力計將軸系吊起脫空，可以直接通過儀器得到負荷值，但它測量精度不高，而且只能在中間軸承尚未緊固的情況下測量，只能測量中間軸承。隨著船舶制造的大型化，測力計法的局限性頓顯。

目前,主要通過液壓千斤頂頂舉測負荷法和電阻應變片法來測量軸系負荷。液壓千斤頂頂舉測負荷法是通過在軸承附近安放的液壓千斤頂將軸頂起，用壓力傳感器記錄相應的支撐負荷，千分表記錄軸升高量，生成頂舉曲線計算負荷影響數，通過負荷影響數來求得軸承負荷的。但是在部分密封的船體結構內，如雙尾軸承的后軸承，液壓千斤頂頂舉測負荷法并不能展開測量。電阻應變片法則很好的解決了這個問題。

發明內容

為了解決船舶航行中軸承負荷分配不良的問題，優化船舶軸系動態校中，本發明提出一種船舶推進軸系動態負荷的測量方法，從而實現對船舶實際運營中軸承所承受載荷的測量，改善各軸承承載情況，確保軸承負荷的合理分配，從而保證軸系長期安全地正常運行，提高船舶運營壽命。

本發明的技術方案：

一種船舶推進軸系動態負荷測試方法，步驟如下：

在軸系動態負荷測試過程中，利用無線電阻應變片采集截面應變，通過端子連接無線信號發射節點，將無線應變發射節點緊固在軸系表面，隨軸一起轉動。同步遠距離無線基站接收無線應變發射節點發出來的應變信號。同時，利用磁敏角度傳感器測量應變角度。利用快速傅里葉變換分析應變信號，設計數字濾波器對應變信號進行信號處理，得到軸系各截面的彎矩，結合力和彎矩的平衡方程，計算出船舶軸系動態負荷及方位角；所述方法包括下列步驟：

(1)無線電阻應變片的布置和測量：無線電阻應變片采用半橋連接法粘貼在距被測軸的軸承端面50～200mm處；無線應變發射節點緊固在被測軸表面，通過端子與無線電阻應變片連接，隨被測軸一起轉動；同步遠距離無線基站接收無線應變發射節點的發送的應變信號，再將應變信號傳輸至電腦；

(2)角度測量裝置的安裝和測量：首先，將磁敏角度傳感器安裝在被測軸旁的水平支架上；然后，轉動被測軸使無線電阻應變片垂直正上方，在被測軸上位置安裝磁鐵；被測軸在轉動過程中，磁敏角度傳感器采集磁鐵的角度信號，并將角度信號傳輸至電腦；

應變信號的測量和角度信號的測量同步，并確保同步遠距離無線基站信號指示燈正常顯示；

(3)利用快速傅里葉變換對采集的應變信號進行時頻域分析，根據分析的信號成份設計數字濾波器，濾除應變信號中的干擾信號，得到更為真實的應變數據；

(4)由應變數據可得最大應變，其通式為：

式中：a為最大應變、N為被測軸的轉速、F_s為采樣頻率、ε_i為第i測點處應變值。

(5)最大應變對應的方位角可(2)式得到：

式中：δ為最大應變(最大負荷)對應方位角、a為最大應變、ε₁為第1測點處應變值。

(6)截面彎矩的計算：結合實際測量中的一些修正因素，先由(3)式求得彎曲應力，再由(4)式求得被測點截面彎矩；

彎曲應力：σ＝±Eaβ/C(3)

彎曲力矩：M＝±Wσ(4)

式中：W為抗彎截面系數、E為彈性模量、β為線路修正系數、C為橋臂系數(半橋連接C＝2)。

(7)得到各截面彎矩后，再結合力和彎矩的平衡方程，計算出各軸承的動態負荷，同時由上述(2)式可得方位角。

本發明的有益效果：

這種船舶推進軸系動態負荷測試方法具有如下優點：

(1)相比傳統頂舉法，這種方法彌補了橫艙壁相隔的密封區無法開展測量的缺陷，使最容易出現故障的艉管后軸承的測量得以實現；