一种波浪力作用下的船舶轴系试验装置的制作方法

本发明涉及船舶的试验装置，尤其涉及一种波浪力作用下的船舶轴系试验装置。

背景技术：

船舶轴系的工作状态受船体状态的影响而在一定范围内变动，船舶轴系、尾轴承油膜和船体之间相互耦合、相互影响问题十分突出。由于推进轴系传递的扭矩、推力巨大，导致船舶轴系振动加剧，这种振动常常表现为尾轴与油膜之间的互激耦合振动，振动使润滑油膜产生涡动，严重时导致润滑油膜破裂和轴承急剧磨损，因此，研究船舶尾轴与尾轴承油膜的耦合振动机理，是综合研究船舶尾轴磨损与振动的产生机理及控制技术的关键环节。除理论分析之外，试验研究是目前研究该问题的重要途径，即通过尾轴试验台模拟船舶轴系的实际工作状态，同步采集尾轴振动与尾轴承油膜力等特性数据，进行关联性分析，进而研究尾轴的润滑振动耦合机理。

在船舶尾轴试验台的设计中，如果细长轴系的弯曲刚度低，可假设船体支承为刚性并按刚性铰支来处理尾轴承，从而忽略外界载荷的影响。但是大型船的轴较粗而船体刚度不大，外界载荷作用在船体上，会加剧船舶的船体不均匀变形和随机运动，导致振动计算产生较大误差，为了分析船体状态和载荷对推进轴系的影响，本发明将船舶推进轴系与船体艉部结构系统共同作为一个研究与测试对象，将影响系统特征参数的各种载荷当作润滑振动耦合形成过程的关键环节，在此基础上开发了能模拟艉部结构与尾轴相互作用的动力学性能试验台。

船舶尾轴试验台必须要对实际载荷进行有效模拟，而船舶的航行环境中，风、浪、流变化莫测，其中最难以模拟的是船舶受到的波浪作用。船舶在波浪中航行时，由波浪激起的振动可以大致分为两类：一类是由船体与波浪之间产生的底部砰击、外张砰击及甲板上浪引起的瞬态强迫振动，称之为鞭状效应，它通常发生在中高海况中船舶顶浪航行时；另一类是海浪中小而短的波，当其遭遇频率与船体固有振动频率相近时诱发的稳态强迫振动，称之为波激振动，又称弹振。为了得到这些波激振动的机理与特征，目前在船舶设计中一般通过船模进行分段模型试验，但是分段模型试验较难实现，而且难以反应船体与轴系振动特性对周围流场载荷的影响。

本发明提及的一种波浪载荷作用下船舶推进系统性能试验装置通过造波机构的位置变化，产生多种类型的波浪，有效模拟实际的海况中波浪对尾部结构的各种激励效应，进而分析其对尾轴-油膜-艉部结构的动力学特征的影响。该试验台可以使检测的各种参数更加接近于真实，为造船及船舶推进系统性能研究提供科学依据。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种波浪力作用下的船舶轴系试验装置。

为实现上述目的，本发明提供一种波浪力作用下的船舶轴系试验装置，包括：

尾轴，所述尾轴的左端连接转动机构，所述尾轴通过刚性尾轴承及弹性尾轴承定位，所述刚性尾轴承及所述弹性尾轴承安装在机座上；

辅轴，所述辅轴位于所述尾轴的上方，所述辅轴与所述刚性尾轴承及所述弹性尾轴承采用连接杆连接；

水箱，所述水箱通过连接件与所述辅轴连接，所述连接件包括气体弹簧；

所述水箱的内部安装隔板，所述隔板的右侧加工落水槽，所述隔板的左侧加工吸水口，所述隔板可以上下活动；

造波机构，所述造波机构的造波轴通过固定法兰安装在所述隔板上方的水槽侧面；

水泵，所述水泵安装在所述隔板的左侧，所述水泵连接喇叭状的出水口。

作为本发明进一步改进，所述连接杆是中空的，两端比中间粗，可增强振动传递效果。

作为本发明进一步改进，所述连接件包括与所述辅轴通过螺栓活动连接的下连接块及上连接块，所述上连接块固定连接所述气体弹簧。

作为本发明进一步改进，所述气体弹簧上固定安装定位销，所述定位销的头部为圆柱状的活动头部。

作为本发明进一步改进，所述水箱的下部安装定位法兰，所述定位法兰上加工导向孔。

作为本发明进一步改进，所述水箱的两侧面固定安装导向块，所述导向块上加工导向槽，在所述水箱的两边与所述导向槽对应位置安装导向条。

作为本发明进一步改进，所述造波机构包括造波底板，所述造波底板上通过螺栓活动连接造波板。

作为本发明进一步改进，所述造波底板通过抱攀固定在造波轴上。

作为本发明进一步改进，所述水箱的顶部装有盖板，盖板上装有透气窗，透气窗的开度可进行动态调整。

作为本发明进一步改进，所述水箱的底部安装弧形部。

本发明的有益效果为：

1.通过造波机构的位置变化，产生多种的波，有效模拟实际的海况在船体上的振动形式，使检测的尾轴各种参数更加接近于真实。

2.辅轴上通过连接件连接水箱，活动头部与导向孔之间有间隙，水箱在受力后的变形通过该间隙来调整，连接件起到一个软连接的作用。

3.造波板与造波底板的活动连接，使更换各种造波板方便，同时只要调节抱攀上的螺栓，即改变造波板的斜度，可以方便模拟多种海浪。

4.尾轴采用弹性尾轴承的方法，与上部的辅轴构成一个弹性体结构，通过辅轴来传递各种弹性振动，能有效模拟实际船舶尾部的结构特征。

附图说明

图1为本发明一种波浪力作用下的船舶轴系试验装置的主视图；

图2为本发明一种波浪力作用下的船舶轴系试验装置的俯视图；

图3为图1中A部位的局部放大图；

图4为图3中D方向的视图；

图5为图2中C部位的局部放大图；

图6为图1中B部位的局部放大图；

图7为造波机构工作位置一示意图；

图8为造波机构工作位置二示意图。

图中：1、转动机构；2、刚性尾轴承；3、尾轴；4、机座；5、弹性尾轴承；6、弧形部；7、辅轴；8、连接件；81、下连接块；82、上连接块；83、气体弹簧；84、定位销；85、活动头部；86、定位法兰；87、导向孔；9、水箱；10、隔板；11、落水槽；12、导向条；13、导向块；14、导向槽；15、造波机构；151、固定法兰；152、抱攀；153、造波轴；154、造波底板；155、造波板；16、出水口；17、水泵；18、吸水口。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明实施例所述的一种波浪载荷作用下船舶推进系统性能试验装置，包括：尾轴3的左端连接转动机构1。尾轴3通过刚性尾轴承2及弹性尾轴承5定位，刚性尾轴承2及弹性尾轴承5安装在机座4上；辅轴7位于尾轴3的上方，辅轴7与刚性尾轴承2及弹性尾轴承5采用连接杆连接，连接杆与辅轴具有软连接。水箱9通过连接件8与辅轴7连接；水箱9的内部安装隔板10，隔板10的右侧加工落水槽11，隔板10的左侧加工吸水口18，隔板10可以上下活动。水箱9的顶部装有盖板，盖板上装有透气窗，透气窗的开度可进行动态调整。水箱9的底部安装弧形部6，使造波的效果更好。造波机构15的造波轴153通过固定法兰151安装在隔板10上方的水槽侧面；水泵17安装在所述隔板10的左侧，水泵17连接喇叭状的出水口16。

如图3-4所示，连接件8包括与辅轴7通过螺栓活动连接的下连接块81及上连接块82，上连接块82固定连接气体弹簧83。气体弹簧83上固定安装定位销84，定位销84的头部为圆柱状的活动头部85。水箱9的下部安装定位法兰86，定位法兰86上加工导向孔87。该活动头部85有间隙的安装在导向孔87内，当水箱在受力后变形，通过该间隙来调整。

如图5所示，水箱9的两侧面固定安装导向块13，导向块13上加工导向槽14，在水箱9的两边与导向槽14对应位置安装导向条12，使导向块沿着导向条作上下运动，从而控制水箱作上下运动。

如图6-8所示，造波机构15包括造波底板154，造波底板154上通过螺栓活动连接造波板155,造波底板分为几块，分别通过抱攀152固定在造波轴153上。只有改变造波板与水平位置的角度(通过调节抱攀上螺栓就可以简单实现)，就可以制造多种波浪。

通过造波机构的位置变化，产生多种的波，有效模拟实际的海况，使检测的尾轴各种参数更加接近于真实。辅轴上通过连接件连接水箱，活动头部与导向孔之间有间隙，水箱在受力后的变形通过该间隙来调整，连接件起到一个软连接的作用。造波板与造波底板的活动连接，使更换各种造波板方便，同时只要调节抱攀上的螺栓，即改变造波板的斜度，可以方便模拟多种海浪。尾轴采用弹性尾轴承的方法，上部通过辅轴来传递各种力，结构更加合理。

具体使用时，为方便理解本发明，结合附图分别描述；

水箱内制造不同波浪产生波浪力(参见图6-8)，具体描述如下：

按照实验的要求将造浪板安装到造浪板轴上，图6所示为逆水状态，图7所示为顺水状态，此时，所有的造浪板安装的角度一致，水流的状态为层流。如图8所示，各块造浪板的安装角度不一致，水流的状态为紊流。只要改变造浪板的角度，同时调节隔板的高度，控制水泵的出水量，就能模拟各种水流的状态。

工作时，水箱存水，调节造浪板角度及隔板的高度，开启水泵，水泵出水口的水流冲击造浪板，产生一定的波浪。产生的波浪力通过连接件上的气体弹簧传递给辅轴，使辅轴产生相应的振动变形，辅轴的力传递给尾轴，通过尾轴上的检测机构来检测尾轴的参数特性，通过改变尾轴的转速，水泵与造浪板的高度差，以及造浪板的各种位置变化，使检测的数据接近现实的海况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。