本发明涉及船舶轴系振动试验技术领域，尤其涉及一种船舶推进轴系-螺旋桨耦合振动实验台。
背景技术：
船舶推进系统中，推进轴系连接主机和螺旋桨，将主机发出的功率传递给螺旋桨，并将螺旋桨旋转产生的推力传递给船体，实现船舶前进。船舶轴系振动会引起主机以及船体振动，影响船舶航行安全。传统的船舶轴系振动分析是指轴系的扭转振动、回旋振动、纵向振动以及这三种振动之间的耦合振动。随着船舶的大型化和高速化，轴系越来越细长，轴系与螺旋桨桨叶之间的耦合振动效应越来越明显。
目前关于轴系振动的试验台多是针对轴系本身的振动进行试验研究，现有技术大多是对轴系自身的振动以及轴系与船体耦合动力进行了试验研究，但是都没有考虑到螺旋桨桨叶与轴系的耦合振动特性，随着船舶的大型化和高速化，螺旋桨桨叶与轴系之间的耦合作用越来越强烈，因此，建立船舶轴系和螺旋桨耦合振动试验台，有利于进一步探究轴系与螺旋桨桨叶的耦合特性。
总之，大型船舶轴系与螺旋桨的耦合振动试验台的设计研究，对于船舶推进性能和安全性能有着重要影响和深远意义。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中缺少分析船舶轴系与螺旋桨之间的耦合振动效应的试验平台的缺陷，提供一种船舶推进轴系-螺旋桨耦合振动实验台。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种船舶推进轴系-螺旋桨耦合振动实验台，该实验台包括：基座、驱动单元底座、驱动单元、轴承单元、校中及轴向调节装置、轴系及其附件、油润滑单元、螺旋桨、轴系振动测试单元、螺旋桨叶片振动测试单元、轴系转速测试单元以及终端设备，其中：
电机底座固定安装在基座上表面的一侧，螺旋桨桨叶振动测试单元固定安装在基座上表面的另一侧，驱动单元安装在电机底座上；轴系一端与驱动单元相连，另一端与螺旋桨相连，且螺旋桨设置在螺旋桨桨叶振动测试单元内；轴承单元包括多个轴承，且轴承单元的底部通过校中及轴向调节装置安装在基座上，轴承单元的顶部对轴系进行支撑；油润滑单元设置在轴承单元的顶端，且油润滑单元与轴承单元相连，对轴承单元进行润滑；轴系振动测试单元、轴系转速测试单元均安装在轴系上，且轴系振动测试单元、螺旋桨叶片振动测试单元以及轴系转速测试单元均与终端设备相连；轴系振动测试单元和螺旋桨叶片振动测试单元分别用于采集轴系振动数据和螺旋桨叶片振动数据，轴系转速测试单元用于采集轴系转速，终端设备根据接收到轴系振动数据、螺旋桨叶片振动数据和轴系转速，对轴系和螺旋桨的耦合振动进行分析。
进一步地，本发明的驱动单元包括变频电机和齿轮箱；齿轮箱一端与变频电机的输出轴相连，另一端与轴系相连。
进一步地，本发明的变频电机供电电压为AC380V，频率为50Hz。
进一步地，本发明的轴承单元包括中间轴承、前尾轴承以及后尾轴承；中间轴承靠近电机底座设置，后尾轴承靠近螺旋桨设置，前尾轴承设置在中间轴承和后尾轴承之间。
进一步地，本发明的校中及轴向调节装置包含垫片和调节螺栓，通过垫片和调节螺栓实现轴系的校中以及轴承的轴向移动功能。
进一步地，本发明的油润滑单元包括油壶和油管；油壶固定在后尾轴承上端，油壶通过油管分别与中间轴承、前尾轴承、后尾轴承连接。
进一步地，本发明的轴系振动测试单元包括三个应变片和无线发射器，三个应变片包括：第一应变片、第二应变片、第三应变片；其中：三个应变片分别粘贴在轴系的尾端上，无线发射器与三个应变片均连接，通过无线的方式将采集到的轴系振动数据传输到终端设备。
进一步地，本发明的螺旋桨叶片振动测试单元包括：转速电涡流传感器、振动A/D转换器和传感器支架；转速电涡流传感器设置的数量与螺旋桨的叶片数量一致，转速电涡流传感器安装在传感器支架上，且转速电涡流传感器与螺旋桨叶片的叶尖相对；传感器采集到的叶片振动数据经振动A/D转换器进行数据转换后，传输到终端设备。
进一步地，本发明的轴系转速测试单元包括电涡流传感器、转速A/D转换器；电涡流传感器固定在轴系靠近螺旋桨的位置，轴系上设置有突起，电涡流传感器与轴系上的凸起对应；电涡流传感器采集轴系的转速，传输到转速A/D转换器进行信号转换，最终将转换后的数据传输到终端设备。
进一步地，本发明的基座固定在地基上，且基座上设置有T型导轨，轴承单元通过校中及轴向调节装置安装在基座的T型导轨上。
本发明产生的有益效果是：船舶推进轴系-螺旋桨耦合振动实验台，1、将螺旋桨和轴系作为一个整体，在同一个实验台上同步采集轴系振动数据和螺旋桨桨叶振动数据，在终端设备中进行分析处理。2、采用变频电机作为驱动源，经由齿轮箱带动轴系转动，可以实现轴系转速的逐级调整，以模拟船舶在不同航速，轴系不同转速下的螺旋桨-轴系耦合特性。3、采用弹性联轴器连接变频电机和轴系，可以避免电机输出端引入额外的不对中和振动，以免对实验结果造成不利影响。4、采用校中及轴向调节装置，可以实现轴系的校中、轴承的轴向位移和紧固，结构紧凑。5、结构简单，针对性强，为船舶推进轴系与螺旋桨的耦合振动的实验研究提供了有效、可靠的试验台。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明船舶螺旋桨-轴系弯扭耦合振动试验台正视图；
图2为轴系振动测试以及轴系转速测试单元示意图；
图3为螺旋桨桨叶振动测试单元示意图；
图中：1-基座；2-电机底座；3-驱动单元，31-变频电机，32-齿轮箱；4-轴承单元，41-中间轴承，42-前尾轴承，43-后尾轴承；5-校中及轴向调节装置，51-垫片，52-调节螺栓；6-轴系，61-中间轴，62-尾轴，63-尾轴凸起，64-联轴器；7-油润滑单元，71-油壶，72-管道；8-螺旋桨；9-轴系振动检测单元，91-第一应变片，92-第二应变片，93-第三应变片，94-无线发射器；10-螺旋桨桨叶振动测试单元，101-电涡流传感器，102-振动A/D转换器，103-传感器支架；11-轴系转速测试单元，111-转速电涡流传感器，112-转速A/D转换器；12-终端设备。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的船舶推进轴系-螺旋桨耦合振动实验台，该实验台包括：基座1、驱动单元底座2、驱动单元3、轴承单元4、校中及轴向调节装置5、轴系及其附件6、油润滑单元7、螺旋桨8、轴系振动测试单元9、螺旋桨叶片振动测试单元10、轴系转速测试单元11以及终端设备12，其中：
基座1固定在地基上，且基座1上设置有T型导轨，轴承单元4通过校中及轴向调节装置5安装在基座1的T型导轨上；电机底座2固定安装在基座1上表面的一侧，螺旋桨桨叶振动测试单元10固定安装在基座1上表面的另一侧，驱动单元3安装在电机底座2上；轴系6一端与驱动单元3相连，另一端与螺旋桨8相连，且螺旋桨8设置在螺旋桨桨叶振动测试单元10内；轴承单元4包括多个轴承，且轴承单元4的底部通过校中及轴向调节装置5安装在基座1上，轴承单元4的顶部对轴系6进行支撑；油润滑单元7设置在轴承单元4的顶端，且油润滑单元7与轴承单元4相连，对轴承单元4进行润滑；轴系振动测试单元9、轴系转速测试单元11均安装在轴系6上，且轴系振动测试单元9、螺旋桨叶片振动测试单元10以及轴系转速测试单元11均与终端设备12相连；轴系振动测试单元9和螺旋桨叶片振动测试单元10分别用于采集轴系振动数据和螺旋桨叶片振动数据，轴系转速测试单元11用于采集轴系转速，终端设备12根据接收到轴系振动数据、螺旋桨叶片振动数据和轴系转速，对轴系6和螺旋桨8的耦合振动进行分析。
驱动单元3包括变频电机31和齿轮箱32；齿轮箱32一端与变频电机31的输出轴相连，另一端与轴系6相连。变频电机31供电电压为AC380V，频率为50Hz。
轴承单元4包括中间轴承41、前尾轴承42以及后尾轴承43；中间轴承41靠近电机底座2设置，后尾轴承43靠近螺旋桨8设置，前尾轴承42设置在中间轴承41和后尾轴承43之间。
校中及轴向调节装置5包含垫片51和调节螺栓52，通过垫片51和调节螺栓52实现轴系6的校中以及轴承6的轴向移动功能。
油润滑单元7包括油壶71和油管72；油壶71固定在后尾轴承43上端，油壶71通过油管72分别与中间轴承41、前尾轴承42、后尾轴承43连接。
如图3所示，轴系振动测试单元包括三个应变片和无线发射器94，三个应变片包括：第一应变片91、第二应变片92、第三应变片93；其中：三个应变片分别粘贴在轴系6的尾端上，无线发射器94与三个应变片均连接，通过无线的方式将采集到的轴系振动数据传输到终端设备12。
如图2所示，螺旋桨叶片振动测试单元10包括：转速电涡流传感器101、振动A/D转换器102和传感器支架103；转速电涡流传感器101设置的数量与螺旋桨8的叶片数量一致，转速电涡流传感器101安装在传感器支架上103，且转速电涡流传感器101与螺旋桨8叶片的叶尖相对；传感器101采集到的叶片振动数据经振动A/D转换器102进行数据转换后，传输到终端设备12。
轴系转速测试单元11包括电涡流传感器111、转速A/D转换器112；电涡流传感器111固定在轴系6靠近螺旋桨8的位置，轴系6上设置有突起63，电涡流传感器111与轴系6上的凸起63对应；电涡流传感器111采集轴系6的转速，传输到转速A/D转换器112进行信号转换，最终将转换后的数据传输到终端设备12。
船舶螺旋桨-轴系耦合振动试验台进行试验的过程如下：
实验前，分别在尾轴上安装第一应变片91、第二应变片92、第三应变片93以及无线发射装置94，连接第一应变片91、第二应变片92、第三应变片93与无线发射装置94；在螺旋桨8叶尖旁的传感器支架103上安装电涡流传感器101；转速电涡流传感器111相对于轴系径向安装，与轴系的凸起处63对应；调整校中及轴向调节装置5中的垫片51和调节螺栓52，实现轴系的校中和轴承的紧固。然后，初始化，在终端设备12设置系统参数，设置电涡流传感器101、111的灵敏度，记录轴系初始状态。
试验时，启动变频电机31模拟主机，其输出轴经由齿轮箱32，带动中间轴61、尾轴62以及螺旋桨9转动。输出轴和轴系之间采用高弹性联轴器连接以吸收振动。
轴系上的三个应变片：第一应变片91、第二应变片92、第三应变片93，分别采集轴系的扭转、纵向、横向振动，无线发射装置94将轴系振动数据传输到终端设备。
电涡流转速传感器111采集轴系转速，通过转速A/D转换器112，将转速信号传输到终端设备12。
螺旋桨振动测试单元中的电涡流传感器101采集叶尖振动数据，通过电缆传输到终端设备12。具体过程如下：一只叶片每次经过一个传感器就会产生一个电脉冲，每个传感器的脉冲产生频率等于叶片数与转速频率的乘机，脉冲信号经过A/D转换器进行数字化处理以后，根据该叶片与轴系位置的角度、传感器间的布置夹角，以及转速同步传感器所测得的转速，可以计算出叶片到达每个传感器的预计时间，若叶片发生振动，根据叶片的偏转方向，叶片到达每个传感器的时间会提前或滞后于预计时间。根据这个时间差乘以叶顶圆周速度得到叶片的瞬间振动位移，通过对叶片时域图的信号分析得到振动频率与振动幅值。
通过转速电涡流传感器111采集轴系转速信号，作为基准信号；通过螺旋桨电涡流传感器101采集叶尖到达信号；终端设备比较基准信号与叶尖到达信号的时间差，以计算叶片的振动情况，然后结合轴系振动传感器91、92、93采集到的轴系振动信号，分析螺旋桨桨叶和轴系的耦合振动特性。
本发明能够准确演示船舶螺旋桨和轴系的耦合振动特性，为船舶轴系以及螺旋桨的安全正常工作提供保障。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。