一种船舶推进轴系激振力对中加载和检测装置的制作方法

1.本发明属于船舶激振力检测相关技术领域，更具体地，涉及一种船舶推进轴系激振力对中加载和检测装置。


背景技术：

2.推进轴系是船舶动力系统、燃气轮机、航空发动机等诸多机械系统的重要组成部分。船舶推进轴系是船舶动力系统的核心组成部分之一，其主要任务是连接主机与螺旋桨，将前者所产生扭矩传递给后者，将螺旋桨产生的轴向推力通过推力轴承传给船体，以推动船舶运动。在船舶实际航行过程中会受到多种复杂载荷的影响，无可避免的产生振动。当外界激振力的频率(叶频及其倍频)接近振动的固有频率时，推进轴系会产生共振。舰艇的推进轴系普遍存在100hz以下低频振动能量大且线谱较多的问题，这一点已为许多实例所证明。避振不佳或其他因素等可能导致这些关联振动线谱的振幅过大或明显化，振动及其它因素会交互作用，恶化轴承等工作状况并导致振动特性变化，使叶频次振动特征不明晰，导致目前轴系叶频次明显低频线谱振动产生机理仍未完全清楚，因此开展相关振动的研究尤为重要。
3.中国专利cn104062138公开了一种动态试验加载装置，通过空气弹簧施加静推力，通过激振器施加动态力，从而模拟船舶螺旋桨与推进轴之间的相互作用载荷，但其对中往往采用的是人眼识别对中，主观性很大，加上高速旋转的激振力，对中是否精准直接影响后期测量的误差；中国专利cn102980765a公开了一种船舶轴系综合试验平台，通过液压的方式对推进轴加载三向轴向力以及扭矩负载，但以上装置均不能调节所施加激振力的方向，也不能检测激振力加载装置和船舶推进轴系轴线是否对中，受轴系自重以及不平衡质量等因素的影响，船舶推进轴系经过校中后通过是一条挠曲的曲线，采用不同的校中方法的推进轴系的挠度曲线也不相同，如果所施加的激振力方向与偏差较大，则会导致出现其他方向的激振力分量，会对试验结果产生较大的影响，所以为了尽可能的还原螺旋桨产生的激励力需要一种高度、俯仰角和偏摆角可调的激振力加载装置，因此需要对施加的激振力的大小和方向进行检测。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种船舶推进轴系激振力对中加载和检测装置可以实现在旋转轴系上施加方向和大小可调的激振力并保证与仿桨盘等的精确对准。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种船舶推进轴系激振力对中加载和检测装置，所述装置包括激振力输出单元、支撑单元、限位单元以及激振器轴线测量单元，其中：所述支撑单元用于支撑并调节所述激振力输出单元；所述激振力输出单元包括球头顶杆；所述限位单元包括压紧盖、推力球轴承以及连接套，所述压紧盖的一端设有锥形槽，所述球头顶杆的端部收容于所述锥形槽内，所述压紧盖的另一端与所述推力球轴承连
接，所述推力球轴承收容于连接套的一端，所述连接套的另一端连接船舶的仿桨盘；所述激振器轴线测量单元包括无衍射光空间基准以及测量单元，所述无衍射光空间基准设于所述激振力输出单元的起始端，所述无衍射光空间基准发射无衍射光束，所述无衍射光束用于所述激振力输出单元的轴线基准，所述测量单元包括支撑架、相机、位移传感器以及对齐杆，所述相机、位移传感器以及对齐杆设于所述支撑架上，所述相机用于采集所述无衍射光束中心的位置，所述对齐杆水平放置且与所述球头顶杆接触，所述位移传感器用于采集所述球头顶杆的径向位移。
6.优选地，所述支撑单元包括激振器上框架和激振器下框架，所述激振器上框架和激振器下框架的设有水平调节螺栓和多个竖直调节螺栓，所述激振力输出单元置于所述激振器上框架上，所述水平调节螺栓用于调节所述激振力输出单元的轴向距离，所述竖直调节螺栓用于调节所述激振力输出单元不同位置的高度，以实现所述激振力输出单元的高度和俯仰角度的改变。
7.优选地，所述无衍射光空间基准包括云台和设于云台上的无衍射光发射器，所述云台设有调节件，所述调节件用于调节所述云台的高度、俯仰角和偏摆角使得所述无衍射光发射器发射的无衍射光束与所述船舶推进轴系的理论中心线对齐。
8.优选地，所述对齐杆的端部为u形，所述对齐杆的u形口的两平行开口边始终与所述球头顶杆接触，保证测量过程中的轴线不变，并且与激振力输出轴线平行。
9.优选地，所述激振力输出单元包括脉动力加载装置、静推力加载装置以及力传递装置，所述静推力加载装置套设于所述脉动力加载装置上以实现静推力和脉动力叠加生成激振力，所述力传递装置用于传递并检测所述脉动力和激振力的波形和大小。
10.优选地，所述脉动力加载装置包括激振器、激振器垫板、螺母转换接头以及激振器顶杆，所述激振器固定于所述激振器垫板上，所述激振器垫板上设有长腰孔以便于调节所述激振器的位置，所述螺母转换接头的两端分别连接所述激振器和激振器顶杆以输出激振器的脉动力。
11.优选地，所述静推力加载装置包括多个气囊、定位盘以及气囊盘，所述定位盘固定于所述支撑单元，多个所述气囊设于所述定位盘表面，所述气囊盘设于所述多个气囊的表面，用于输出气囊膨胀时的静推力。
12.优选地，所述力传递装置包括脉动力传感器，合力传感器以及力传递单元，脉动力传感器设于所述激振器顶杆的端部，所述合力传感器设于所述气囊盘的端面，力传递单元连接所述脉动力传感器和合力传感器，所述球头顶杆与所述合力传感器连接。
13.优选地，所述支撑单元上设有活结螺栓，所述活结螺栓上设有用于吊起所述气囊盘的钢丝绳。
14.总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种船舶推进轴系激振力对中加载和检测装置具有如下有益效果：
15.1.限位单元具有锥形槽和推力球轴承等零件以及激振器轴线测量单元可以实现激振器轴线的方向定位和调整，进而实现精确对准。
16.2.本技术采用无衍射光作为对中基准，由于光线的直线度非常好，进而使得对准后的线性度很好，对中精度高。
17.3.本技术的支撑单元上设有水平和竖直调节螺栓可以实现支撑单元上装置在水
平和竖直方向的调节，进而可以实现精确对准。
18.4.该装置可以模拟船舶航行时由螺旋桨产生的脉动力与静推力，并可以对激振力的大小和方向进行检测，保证激振力的对中加载，减小其他方向的激振力分量，极大的节省了试验成本提高了试验效率，本发明除了用于船舶推进轴系的激振力对中加载之外，还可适用于燃气轮机、航空发动机的旋转轴系的激振力加载，在旋转轴系的设计制造技术领域具有广阔的应用前景。
附图说明
19.图1是本实施例船舶推进轴系激振力对中加载和检测装置结构示意图；
20.图2是激振力输出单元的部分结构示意图；
21.图3是激振器上框架的结构示意图；
22.图4是限位单元的结构示意图；
23.图5是测量单元的结构示意图。
24.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
25.100-激振力输出单元：
26.110-脉动力加载装置；111-激振器；112-激振器垫板；113-螺母转换接头；114-激振器顶杆；
27.120-静推力加载装置；121-气囊；122-定位盘；123-气囊盘；
28.130-力传递装置；131-脉动力传感器；132-合力传感器；133-力传递单元；134-球头顶杆；
29.200-支撑单元：
30.210-激振器下框架；211-连接板；212-水平调节螺栓；
31.220-激振器上框架；221-竖直调节螺栓；
32.300-限位单元：
33.310-压紧盖；320-推力球轴承；330-连接套；
34.400-激振器轴线测量单元：
35.410-支撑架；420-相机；430-位移传感器；431-位移传感器固定板；440-对齐杆；450-云台；460-无衍射光发射器；
36.500-仿桨盘。
具体实施方式
37.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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
38.本发明提供了一种船舶推进轴系激振力对中加载和检测装置，如图1所示，所述装置包括激振力输出单元100、支撑单元200、限位单元300以及激振器轴线测量单元400。
39.所述激振力输出单元100包括脉动力加载装置110、静推力加载装置120、以及力传递装置130，所述静推力加载装置120套设于所述脉动力加载装置110轴系上以实现静推力
和脉动力叠加生成激振力，所述力传递装置130用于传递并检测所述脉动力和激振力的波形和大小。
40.所述脉动力加载装置110包括激振器111、激振器垫板112、螺母转换接头113以及激振器顶杆114，所述激振器111固定于所述激振器垫板112上，所述激振器垫板112上设有长腰孔以便于沿轴线方向调节所述激振器111的位置，从而保证激振器111的正确安装。所述螺母转换接头113的两端分别连接所述激振器111和激振器顶杆114以输出激振器111的脉动力。激振器111的输入端与配套的功率放大器输出端相连，功率放大器与信号发生器相连。
41.静推力加载装置120包括多个气囊121、定位盘122以及气囊盘123，所述定位盘122固定于所述支撑单元200，多个所述气囊121设于所述定位盘122表面，所述气囊盘123设于所述多个气囊121的表面，用于输出气囊膨胀时的静推力。
42.所述支撑单元200上设有活结螺栓230，所述活结螺栓230上设有用于吊起所述气囊盘的钢丝绳。
43.力传递装置130包括脉动力传感器131，合力传感器132、力传递单元133以及球头顶杆134，脉动力传感器131设于所述激振器顶杆114的端部，所述合力传感器132设于所述气囊盘的端面，力传递单元133连接所述脉动力传感器131和合力传感器132，所述球头顶杆134与所述合力传感器132连接。脉动力传感器131用来测量激振器111产生的脉动力，合力传感器132用于测量整个装置产生的脉动力和静推力的合力。安装时首先安装静推力加载装置120、合力传感器132和球头顶杆134，然后给气囊121充气，用合力传感器132测得合力的大小，由于并没有施加脉动力，所以此时的合力就是气囊121产生的静推力，然后再安装脉动力传感器131、力传递装置130和脉动力加载装置110，通过信号发生器产生需要的激振力波形，调节功率放大器得到所需的脉动力幅值，此时脉动力传感器131测得的是脉动力的大小，合力传感器132测得的是脉动力和静推力叠加产生的激振力。所述球头顶杆134与所述合力传感器132采用过渡配合的方式，球头顶杆134末端开有螺纹孔与力传递装置130相连，可以将激振器111产生的脉动力传递至球头顶杆134。
44.支撑单元200包括激振器下框架210和激振器上框架220，两框架均采用桁架结构从而保证支撑单元的稳定性。激振器下框架210上设有与轴系基座连接的连接板211和水平调节螺栓212。激振器上框架220上设有竖直调节螺栓221(如图3所示)，所述激振力输出单元置于激振器上框架220上，所述水平调节螺栓212用于调节所述激振力输出单元的轴向距离，所述竖直调节螺栓221用于调节所述激振力输出单元不同位置的高度，以实现所述激振力输出单元的高度和俯仰角度的改变。激振器上框架220底部桁架上开有长腰孔，保证激振器上框架220沿推进轴系轴线方向的位置可调。最终通过螺栓将激振器下框架210和激振器上框架220连接。
45.如图4所示，限位单元300包括压紧盖310、推力球轴承320以及连接套330，所述压紧盖310的一端设有锥形槽，所述球头顶杆134的端部收容于所述锥形槽内，所述压紧盖310的另一端与所述推力球轴承320连接，所述推力球轴承320收容于连接套330的一端，所述连接套330的另一端连接船舶的仿桨盘。
46.气囊121的进气口与气泵连接，气囊121外端与气囊盘123相连，未充气时球头顶杆134与限位单元300正好碰上，充气后气囊121膨胀，预推动气囊盘123向外膨胀，由于球头顶
杆134与限位单元300间的距离已经确定，此时球头顶杆134与限位单元300产生静推力。
47.如图5所示，激振器轴线测量单元400包括无衍射光空间基准以及测量单元，所述无衍射光空间基准设于所述激振力输出单元的起始端，所述无衍射光空间基准发射无衍射光束，所述无衍射光束用于所述激振力输出单元的轴线基准，所述测量单元包括支撑架410、相机420、位移传感器430以及对齐杆440，所述相机420、位移传感器430以及对齐杆440设于所述支撑架410上，所述相机420用于采集所述无衍射光束中心的位置，所述对齐杆440水平放置且与所述球头顶杆134接触，所述位移传感器430用于采集所述球头顶杆134的径向位移，所述位移传感器430通过位移传感器固定板431固定在支撑架410上。所述对齐杆的端部为u形，所述对齐杆的u形口的两平行开口边始终与所述球头顶杆接触，保证测量过程中的轴线不变，并且始终与激振力输出轴线平行。
48.所述无衍射光空间基准包括云台450和设于云台450上的无衍射光发射器460，所述云台450设有调节件，所述调节件用于调节所述云台450的高度、俯仰角和偏摆角使得所述无衍射光发射器460发射的无衍射光束与所述船舶推进轴系的理论中心线对齐。测量时，无衍射光发射器发射无衍射光，对齐杆440始终靠在球头顶杆134上，保证相机420的中心线与球头顶杆的轴线在水平面的投影平行，相机420将拍摄的图像传回计算机中，计算机提取光束中心位置的坐标，通过调节激振器上框架的偏摆角使得不同测量位置处光束中心的横向坐标相同，即保证推进轴系理论中心线与激振器轴线在水平面的投影对齐，位移传感器430测得移动方向上球头顶杆轴线的高度变化，从而计算得到所施加激振力的俯仰角，并与推进轴系实际轴线在仿桨盘处的俯仰角对比，调节激振器上框架的竖直调节螺母减小两者的差值，从而保证仿桨盘500接触位置处的转角连续。
49.本技术的使用方法如下：
50.安装限位装置，通过螺栓将连接套与仿桨盘固定连接；
51.安装静推力加载装置，安装时首先用螺栓将定位盘固定在激振器上框架上，然后在定位盘上分别安装固定上下左右四个气囊，安装气囊盘时先安装合力传感器和球头顶杆，然后通过螺栓将合力传感器固定在气囊盘上，并用钢丝绳吊起气囊盘，最后调节钢丝绳长度，通过螺栓将气囊外端与气囊盘固定；
52.调节激振器下框架与基座间的距离，并通过连接板固定；
53.通过旋转激振器下框架的水平调节螺栓，使球头顶杆刚好能碰上限位单元的锥形槽；
54.通过气泵给气囊充气，根据所需静推力大小调节气泵输出压强，通过合力传感器测得静推力大小；
55.安装脉动力传感器、力传递单元、脉动力加载装置；
56.调节信号发生器和功率放大器，通过脉动力传感器测得脉动力的波形和大小，通过合力传感器测得脉动力和静推力叠加后的激振力的波形和大小；
57.安装无衍射光空间基准，经过轴系校中后，找到并对准推进轴系的理论中心线；
58.安装激振器轴线测量单元，测量激振力输出轴线的俯仰角和偏摆角，调节激振器上框架的高度、俯仰角和偏摆角，调节过程中需保证：a.球头顶杆在限位装置的锥形槽内；b.不同测量位置处所提取的光束中心位置的横坐标相同；c.通过高度差计算的球头顶杆俯仰角与推进轴系实际轴线在仿桨盘处的俯仰角误差小于0.01rad；
59.使用螺栓将激振器上框架和激振器下框架固定。
60.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。