用于船舶推进轴系试验台的带有液压加载装置的中间轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶推进轴系动力学特性研究及大型船舶性能提升，尤其涉及船舶推进试验台的带有液压装置的中间轴承。
【背景技术】
[0002]大型化、专业化、智能化、安全、节能与绿色环保是世界船舶技术发展趋势。我国船舶设计建造技术发展迅猛，大型船舶诸如万箱以上集装箱船、超大型油轮、航空母舰等，已成为我国发展海洋运输、维护海洋权益和实施海洋开发战略的重要装备。船舶轴系是动力装置的重要组成部分，其可靠性和稳定性是船舶安全航行的重要保障。随着船舶大型化，主机单机功率加大、船体变形增大、轴系的轴颈与长度随之加粗(直径近一米)、加长(几十甚至百余米)，轴系运转的不确定因素增多，对其可靠性、安全性、环境适应性等提出更高要求。为适应船舶大型化的需求，急需解决船舶轴系优化设计理论与方法的问题。
[0003]因此，需要研究大型船舶推进系统在海洋环境下的动力学特性问题，特别是考虑船体变形与推进轴系的耦合影响等问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于船舶推进轴系试验台的带有液压加载装置的中间轴承，以模拟实际环境中船体变形在中间轴承处对推进轴系的作用，解决现有船舶推进轴系试验台的不足。
[0005]本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0006]本发明提供的用于船舶推进轴系试验台的带有液压加载装置的中间轴承，其主要由液压加载系统、压力传感器检测单元、位移传感器检测单元、液压加载控制系统和液压控制台系统组成，其中:液压加载系统与中间轴承的机架采用集成性设计，以此在支撑中间轴承的轴系的同时，控制中间轴承水平、垂直方向的位移，用于模拟船体变形所导致的轴承位置偏移。
[0007]所述的液压加载系统，其由结构相同的各有一个液压回路的横向液压加载装置和纵向液压加载装置组成，它们分别安装在所述中间轴承的机架的横向、纵向两个方向上，液压加载装置分别与安装在机架上的悬挂轴承套相连。
[0008]所述的横向液压加载装置、纵向液压加载装置，均设有伺服液压缸、电液伺服阀、伺服液压缸外壳、精滤器、单向阀、电磁溢流阀、液压栗和栗站电机，其中:伺服液压缸被伺服液压缸外壳所包裹固定，该伺服液压缸外壳与机架用螺钉固定相连。
[0009]所述的横向液压加载装置、纵向液压加载装置，它们的液压回路分别作用或者同时调节。
[0010]所述压力传感器检测单元主要由以数据线相连的工控机、四个压力传感器组成，其中:横向液压加载装置和纵向液压加载装置各设有两个测压接头，测压接头上的螺纹用来固定压力传感器位置；所述测压接头分别安装在伺服液压缸的前油腔和后油腔中，对前油腔和后油腔的压力变化进行监控。
[0011]所述位移传感器检测单元主要由以数据线相连的工控机、两个位移传感器组成，其中:横向液压加载装置和纵向液压加载装置中各装有I个通过螺纹固定在中间轴承的机架上的位移传感器。
[0012]所述液压控制台系统，主要由以数据线相连的工控机、栗站电机电源和控制回路、PCI信号采集系统、液压比例阀控制回路、循环水栗电源和控制回路组成。
[0013]在圆柱销与悬挂轴承套连接处安装轴用弹性挡圈，用以确保液压加载系统中的伺服液压缸的加载方向正确，并进行一定的缓冲，防止加载过猛，损伤轴系部件。
[0014]本发明与现有技术相比具有以下主要的优点:
[0015]1.现有的绝大部分轴系实验台结构部分完全固定，轴承无法移动，即使少部分轴系试验台通过轴承座下添加垫片等方法，从一定程度上实现轴承的垂向位移。但这些所有的实验台都无法从根本上实现轴承的位移，而本发明通过在中间轴承的支撑部分添加液压加载系统，使轴承位置发生位移，解决现有的船舶推进轴系试验台不能模拟船体变形对轴系的作用。
[0016]2.通过与液压加载系统相连的控制测量系统，利用压力传感器和位移传感器的反馈数据，通过在上位机中控制伺服阀的开度，确定位移变化的大小和规律，用以模拟船舶运行过程中船体变形所导致的轴承位置动态位移。同时，多方向液压加载装置的设计可以实现船舶推进轴承的多方向同时位移加载，更加真实的模拟实际航行轴系受船体变形的影响情况，反映推进轴系运行状态，完善船舶推进轴系试验台的试验测试能力。
[0017]通过研究模拟船体变形对轴系振动特性的影响实验，在一定转速下施加垂向/横向位移，根据位移传感器得到滚动轴承实际位移大小，通过振动传感器对轴系振动变化情况进行测量，从振动特性变化的角度分析检验此装置能够正确的对船体变形情况进行模拟测试，其结果参见图5-图13。分析测试结果，对比加载前后的振动特性曲线，可以看出本装置能够很好的反映出轴承位置变化对轴系振动特性的影响。由此看出，本装置可以通过液压加载系统改变轴承垂向和横向位置，进而动态模拟船体变形，分析其对轴系振动特性的影响。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的结构示意图，包含横向、纵向液压加载装置，两者结构相同。
[0019]图2是液压加载装置原理图。
[0020]图3是液压控制台闭环控制方框图。
[0021 ] 图4是液压控制台系统图。
[0022]图5-图7分别是在空载情况下，轴系在100r/min三个转速时3个不同测点的UX、UY的位移响应频谱图，作为对比曲线与加载后的曲线进行对比。
[0023]图8-图10分别是轴系在施加了垂向船体动态位移激励时3个测点的响应频谱图。与空载时的频谱图相比，在轴承上施加了位移动态激励后，测点处得位移响应均出现了较大增幅，即船体垂向的动态位移会引起船舶推进轴系的回旋振动。
[0024]图11-图13分别是轴系在施加了横向船体动态位移激励时3个测点的响应频谱图。与空载时的频谱图相比，在轴承上施加了位移动态激励后，测点处得位移响应均出现了较大增幅，即船体垂向的动态位移会引起船舶推进轴系的回旋振动，但比垂向激励的影响小。
[0025]图中:1.横向液压加载装置；2.纵向液压加载装置；3.位移传感器；4.压力传感器；5.伺服液压缸；6.电液伺服阀；7.伺服液压缸外壳；8.测压接头；9.油缸固定内六角螺钉；10.圆柱销；11.轴用弹性挡圈；12.悬挂轴承套；13.圆柱滚子轴承；14.调整内六角螺钉；15.横调整内六角螺钉；16.外六角螺钉；17.机架压板；18.机架；19.精滤器；20.单向阀；21.电磁溢流阀；22.液压栗；23.栗站电机。
【具体实施方式】
[0026]本发明提供的一种用于船舶推进轴系试验台的带有液压加载装置的中间轴承。该中间轴承带有的加载装置主要由力加载液压装置、力传感器检测单元、位移传感器检测单元和液压加载系统控制器等组成。力加载液压装置共有两个液压回路，分别安装在船舶推进轴系上中间轴承处横向、纵向两个方向上，利用油缸进行加载，两个液压回路既可分别作用亦可同时调节。通过压力传感器检测压力的大小，位移传感器检测轴移动距离，从而实现闭环控制，对轴承进行常规的周期函数位移加载，以模拟实际环境中船体变形在中间轴承处对推进轴系的作用，解决船体变形和推进轴系之间的耦合影响，有效研究推进轴系动力学特性。
[0027]下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
[0028]本发明提供的一种用于船舶推进轴系试验台的带有液压加载装置的中间轴承，其采用圆柱滚子轴承与液压加载装置悬挂连接的结构，通过内外液压油缸不平衡的油压，改变油缸活塞位置，进而改变与之悬挂连接的圆柱滚子轴承的位置。该中间轴承的结构如图1至图4所示，主要由液压加载系统、压力传感器检测单元、位移传感器检测单元、液压加载控制系统和液压控制台系统组成；其中，液压加载装置与中间轴承采用集成性设计，以此改变传统轴承无法移动的特性，在支撑中间轴承的轴系的同时，可以控制轴承水平、垂直方向的位移，用于模拟船体变形所导致的轴承位置偏移。
[0029]所述液压加载系统有两个液压回路，分别安装在船舶推进轴系实验台中间轴承处横向、纵向两个方向上，因此可以分别称其为横向液压加载装置1、纵向液压加载装置2 (图1)，它们的结构相同，包括伺服液压缸5、电液伺服阀6、伺服液压缸外壳7、精滤器19、单向阀20、电磁溢流阀21、液压栗22、栗站电机23，其中:伺服液压缸5被伺服液压缸外壳7所包裹固定，并利用油缸固定内六角螺钉9将伺服液压缸外壳7与机架18相连，借此固定伺服液压缸5的位置。其液压加载方式是:通过栗站电机23带动液压栗22为总油管路提供初始油压，并利用单向阀20和电磁溢流阀21进行相应控制，确保油压稳定；利用精滤器19去除油液中的杂质。加载时，通过电液伺服阀6改变伺服液压缸5前后腔压力，控制油缸活塞前进或后退，带动与圆柱销10相连的悬挂轴承套12和圆柱滚子轴承13位移，模拟船体变形导致的轴承位置变化；圆柱滚子轴承13被机架上的悬挂轴承套12所包裹固定，而悬挂轴承套12通过圆柱销10 (销连接)与液压加载系统相连，悬挂于伺服液压缸5中活塞下端销连接处，确保当伺服液压缸5加载的变化时，能够通过悬挂轴承套12带动圆柱滚子轴承13，使其位置发生变化，其中销连接处通过轴用弹性挡圈11进行缓冲，此种连接结构在起到轴承支撑作用的同时，方便在轴系运行时动态改变轴承位置，模拟船体变形对轴系的影响。另夕卜，在圆柱销10与悬挂轴承套12连接处安装轴用弹性挡圈11，用以确保液压加载系统中的伺服液压缸5的加载方向正确，并进行一定的缓冲，防止加载过猛，损伤轴系部件。
[0030]所述两个液压回路，其中一个液压回路是:液压栗22输出的压力油经精滤器19过滤后，再通过单向阀20至电磁溢流阀21并卸荷，按下控制台上栗站电机23启动按钮，此开关信号输出至PLC，3s后，PLC控制电磁溢流阀21上的电磁铁DT得电，从而实现栗站电机23