[发明专利]船舶推进轴系纵向振动模拟试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种教学科研用的模拟船舶推进轴系的试验台，可模拟船舶推进轴系及其他转子轴系任意转速下的纵向振动，以便对实际船舶推进轴系的纵向振动特性进行分析研究，同时可方便的进行各种纵向减振器的性能测试。

背景技术

船舶推进轴系是船舶动力推进装置的核心组成部件。船舶推进轴系将船舶主机的输出功率传递到螺旋桨，同时又将螺旋桨的推力传递到船体，推动船舶航行，因此，船舶推进轴系在船舶航行过程中需要同时传递很大的扭矩和静推力。另一方面，船艉部不均匀的伴流场引起的脉动推力叠加在静推力之上沿推进轴系传递，引起推进轴系的纵向振动。随着船舶大型化、专业化和高速化的发展趋势，推进轴系纵向振动变得愈来愈严重，不仅会损坏船舶上各种机械，亦会使船上人员易产生晕船、疲劳等不良症状，影响船舶的安全运行性能。此外，推进轴系纵向振动是舰船水下低频辐射噪声产生的重要来源。

目前，国内相关高校已有可供试验教学科研用的船舶推进轴系试验台，如哈尔滨工程大学王传溥等研制的船舶柴油机轴系试验台(船舶柴油机轴系的研制，内燃机工程，1985，(2))，试验台主要元件包括柴油机、电力测功器、止推轴承、支承轴承、螺旋桨和循环水箱等，该试验台可以模拟轴系多个运行工况，并侧重分析推进轴系的横向振动，但该试验台需要配置很大体积的循环水箱来提供螺旋桨产生激励力所需的外部水环境，成本昂贵，且主循环水管中必须加装稳流装置，结构复杂，一定程度上降低试验台的可靠性；武汉理工大学研制出轴系的试验台侧重分析螺旋桨轴传动轴承润滑冷却及轴系弯曲振动(船舶螺旋桨轴振动与润滑冷却耦合理论和试验研究，武汉理工大学博士论文，2005)，该试验台主要由变频电机、模拟船用内燃机曲轴、中间轴、螺旋桨轴、螺旋桨轴前后支承轴承、中间支承轴承和螺旋桨等元件组成。由于研究的侧重点不同，轴系试验台组成元件存在一定的差异。

为研究由船舶螺旋桨激励力引起的推进轴系纵向振动特性及其控制原理，轴系试验台需包括模拟螺旋桨激励力的加载装置、模拟实船用推力轴承、纵向减振器和轴系正倒车变频装置等主要元件，以上各高校研制的轴系试验台均存在一定不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种船舶推进轴系纵向振动模拟试验台，可以产生多转速下的推进轴系纵向振动，对推进轴系的纵向振动特性和纵向减振器的减振性能进行分析，用于推进轴系纵向振动研究，还可以方便的进行各种纵向减振器的减振性能测试。

本发明的技术方案是：

一种用于测试船舶推进轴系纵向振动的试验台，整个试验台采用整体结构，包括动加载模块、基座和布置在所述基座上的静加载模块、传动轴、夹壳联轴节、推力轴承、弹性联轴节、齿轮箱和变频电机，所述动加载模块与静加载模块通过顶杆连接，静加载模块与传动轴一端连接，传动轴另一端通过夹壳联轴节与推力轴承的推力轴相连，推力轴另一端通过弹性联轴节与齿轮箱输出轴连接，齿轮箱与变频电机连接。

推进轴系的纵向振动主要由螺旋桨的非定常激励力引起，在试验台轴系上安装螺旋桨就需要配置循环水箱，以模拟螺旋桨的外部水环境，但成本昂贵，且具有很多的不确定性。本发明采用动加载模块和静加载模块模拟螺旋桨的纵向交变激励力。所述动加载模块用于模拟船舶螺旋桨的纵向脉动激励力，包括信号发生器、功率放大器和激振器，激振器安装在支座上。所述静加载模块用于模拟船舶螺旋桨的纵向静推力，包括加载油缸和加载装置，加载油缸的活塞杆与加载装置的后端盖通过螺纹连接，实现加载油缸的液压静推力和动加载模块的脉动力向加载装置的传递，然后通过加载装置传递至传动轴，完成对轴系的静动加载。动加载和静加载力幅值可以连续调节，最大静加载力为0.7MPa，以满足不同的试验要求。

所述静加载模块和夹壳联轴节之间设置有中间轴承，用于支撑传动轴，且中间轴承位置沿轴向可调。

所述推力轴承是对实船常用的推力轴承进行改进设计而成。在推力轴承前端盖内沿周向均匀布置多个圆柱腔，各圆柱腔内布置有柱塞，柱塞一端与前推力块接触，另一端与腔盖形成间隙，各间隙相互连通形成平衡油缸。平衡油缸内充满液压油，利用液压油的阻尼可以实现推进轴系的纵向振动控制。

所述弹性联轴节与齿轮箱输出轴之间设置有连接中间轴。弹性联轴节具有缓冲、减振和对中补偿等作用，且弹性联轴节可沿轴向拆开，提高试验台的灵活性，便于实际研究需要。

所述变频电机控制面板用于调节变频电机的转速和转向，电机最高转速为1500rpm，且可以正反转，模拟实船的正车倒车。