CN101706349B - 一种调距桨的整桨组合静平衡方法 - Google Patents
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Abstract
一种调距桨的整桨组合静平衡方法,先测量桨毂组件的不平衡值M1,再计算桨叶组的不平衡值M2,如果M1+M2≤Mp,则调距桨的静平衡合格。桨毂组件不平衡值M1的测量是指先组装好桨毂组件,然后在桨毂组件的横向两端分别安装有前支撑轴与后支撑轴,同时在桨毂组件的纵向两端安装有压条,然后将前支撑轴与后支撑轴搁置在下方设置有支架的滚针上,随后测量桨毂组件的不平衡值M1。桨叶组的不平衡值M2的计算是指先将各片桨依次编号,然后依编号的排列组合顺序编排出各桨叶组,随后计算出各桨叶组的不平衡值M2。本发明不仅降低了对测量工具的要求、节省了成本,而且操作方便、节省时间,提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺旋桨的静平衡方法,尤其涉及一种调距桨的整桨组合静平衡方法,具体适用于船用可调螺距螺旋桨的整桨组合静平衡方法。
背景技术
ISO 484/1规范明确规定螺旋桨装置必须满足静平衡要求,其指标为叶梢挂重应不大于许用不平衡值,调距桨装置属于螺旋桨装置中的一类,目前,调距桨装置的静平衡方法都采用测量其叶梢挂重的方法,参见图1,图中下垂箭头处即为叶梢挂重处。具体办法是将桨叶与桨毂组件组装完毕,放在两根水平的圆柱导轨上,然后在任一片桨叶进行叶梢挂重,达到整桨平衡,任一片桨叶挂重值都必须满足ISO 484/1的规范要求,该桨才满足ISO 484/1规范的要求。
但是对于直径较大的调距桨,运用现有方法对其进行静平衡判断时,不仅要求导轨的强度和硬度足够支承整个调距桨装置,且不能变形,而且还会要求导轨架高或在导轨中间增加地坑来满足整个装置静平衡判断的进行,此时就暴露出现有方法操作困难、应用范围窄的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的操作困难、应用范围窄的缺陷与问题,提供一种操作方便、应用范围广的调距桨静平衡方法。
为实现以上目的,本发明的技术解决方案是:一种调距桨的整桨组合静平衡方法,该方法依次包括以下步骤:
第一步:测量桨毂组件的不平衡值M1:先组装好桨毂组件,然后在桨毂组件的横向左右两端分别安装有前支撑轴与后支撑轴,同时在桨毂组件的纵向上下两端安装有压条,然后将前支撑轴与后支撑轴搁置在滚针上,所述滚针的下方设置有支架,随后测量桨毂组件的不平衡值M1。
第二步:单独测量每片桨叶的静平衡数据:测量每片桨叶的P、Y与Z值,所述P是每片桨叶的重量,Y是桨叶重心到调距桨中心线的距离,Z是桨叶重心到叶片中心线的距离。
第三步:计算桨叶组的不平衡值M2:先将每片桨叶按数字依次编号,然后依照所述编号的排列组合顺序编排出各桨叶组,随后计算出各桨叶组的不平衡值M2。
第四步:整桨静平衡判断:将上述桨叶组的不平衡值M2与桨毂组件的不平衡值M1的和M1+M2与Mp比较,如果M1+M2≤Mp,则该种桨叶组与桨毂组件组成的调距桨符合静平衡要求,记录此时不平衡值M2所对应的桨叶组中桨叶的排列顺序;如果M1+M2>Mp,则该种桨叶组与桨毂组件组成的调距桨不符合静平衡要求,需要对该桨毂组件或桨叶组返修,所述Mp是指ISO 484/1规范规定的调距桨的许用不平衡值。
所述第四步静平衡判断中桨叶组的不平衡值M2为各桨叶组中的最小不平衡值。
所述第三步计算桨叶组的不平衡值M2中涉及的计算为手工计算或计算机程序计算。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1.由于本发明一种调距桨的整桨组合静平衡方法是对桨叶和桨毂组件分别进行不平衡值的测量,然后再进行判断,因此在对桨叶和桨毂组件进行不平衡值测量时,与目前现有的叶梢挂重法比较,被测量的桨叶、桨毂组件的体积和重量都大大减小,这不仅降低了对测量工具的要求、节省了成本,而且操作方便。
2.由于本发明一种调距桨的整桨组合静平衡方法是对桨叶和桨毂组件分别进行不平衡值的测量,然后再进行判断,因此完全可以同时进行桨叶和桨毂的不平衡值测量,实行流水线操作,大大节省了判断的时间,提高了生产效率。
附图说明
图1是现有技术中整桨叶梢挂重的示意图。
图2是桨毂组件不平衡值的测量示意图。
图3是单片桨叶不平衡值的测量示意图。
图4是五叶桨组合不平衡值的计算示意图。
图中:桨毂组件1,桨叶2,前支撑轴3,后支撑轴4,压条5,滚针6,支架7,调距桨中心线d,叶片中心线c。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图2一图4,一种调距桨的整桨组合静平衡方法,该方法依次包括以下步骤:
第一步:测量桨毂组件1的不平衡值M1:先组装好桨毂组件1,然后在桨毂组件1的横向左右两端分别安装有前支撑轴3与后支撑轴4,同时在桨毂组件1的纵向上下两端安装有压条5,然后将前支撑轴3与后支撑轴4搁置在滚针6上,所述滚针6的下方设置有支架7,随后测量桨毂组件1的不平衡值M1。
第二步:单独测量每片桨叶2的静平衡数据:测量每片桨叶2的P、Y与Z值,所述P是每片桨叶2的重量,Y是桨叶重心到调距桨中心线的距离,Z是桨叶重心到叶片中心线的距离。
第三步:计算桨叶组的不平衡值M2:先将每片桨叶2按数字依次编号,然后依照所述编号的排列组合顺序编排出各桨叶组,随后计算出各桨叶组的不平衡值M2。
第四步:整桨静平衡判断:将上述桨叶组的不平衡值M2与桨毂组件1的不平衡值M1的和M1+M2与Mp比较,如果M1+M2≤Mp,则该种桨叶组与桨毂组件1组成的调距桨符合静平衡要求,记录此时不平衡值M2所对应的桨叶组中桨叶的排列顺序;如果M1+M2>Mp,则该种桨叶组与桨毂组件1组成的调距桨不符合静平衡要求,需要对该桨毂组件1或桨叶组返修,所述Mp是指ISO 484/1规范规定的调距桨的许用不平衡值。
所述第四步静平衡判断中桨叶组的不平衡值M2为各桨叶组中的最小不平衡值。
所述第三步计算桨叶组的不平衡值M2中涉及的计算为手工计算或计算机程序计算。
实施例1:
下面以五叶桨为例进一步说明一种调距桨的整桨组合静平衡方法。
该桨整个螺旋桨的重量:12635kg,螺旋桨直径:4.1m,转速:208r/min,制造精度:ISO484,I级,整桨的不平衡力矩Mp为7301.1kgmm
先按上述方法测得桨毂组件1的不平衡值M1为1825.3kgmm。
再测量桨叶组的不平衡值M2,步骤如下:
每片桨叶静平衡测试数据如下表:
编号 | 炉批号 | P(Kg) | Y(mm) | Z(mm) |
1 | 27-05-6-16-1 | 1156 | 1016.5 | 197 |
2 | 27-05-6-16-2 | 1156 | 1016 | 195 |
3 | 27-05-6-16-3 | 1156 | 1015.5 | 199 |
4 | 27-05-6-16-5 | 1156 | 1014.5 | 197 |
5 | 27-05-8-26-2 | 1156 | 1015.5 | 200 |
参见图3,P是每片桨的重量,Y是桨叶重心到调距桨中心线d的距离,Z是桨叶重心到叶片中心线c的距离。对于五叶桨,先将桨叶编号为12345,桨1的炉批号为27-05-6-16-1,桨2的炉批号为27-05-6-16-2,桨3的炉批号为27-05-6-16-3,桨4的炉批号为27-05-6-16-5,桨5的炉批号为27-05-8-26-2。
然后按照编号的排列组合顺序编排出各桨叶组,1号不变,则12345这五个编号共有24种排列组合顺序,见下表。将以上数据输入程序,程序计算结果如下:
==========================原始输入数据===========================
1号桨叶:P1=1156Kg,Y1=1016.5mm,Z1=197mm
2号桨叶:P2=1156Kg,Y2=1016mm, Z2=195mm
3号桨叶:P3=1156Kg,Y3=1015.5mm,Z3=199mm
4号桨叶:P4=1156Kg,Y4=1014.5mm,Z4=197mm
5号桨叶:P5=1156Kg,Y5=1015.5mm,Z5=200mm
==========================桨叶组排序方案========================
方案1:顺序12345 不平衡力矩:6414.274Kg.mm,Mx=-284.033 My=6407.983
方案2:顺序12354 不平衡力矩:5372.600Kg.mm,Mx=-3741.434 My=3855.711
方案3:顺序12435 不平衡力矩:9272.621Kg.mm,Mx=-1642.993 My=9125.902
方案4:顺序12453 不平衡力矩:9187.521Kg.mm,Mx=-2935.440 My=8705.960
方案5:顺序12534 不平衡力矩:4498.010Kg.mm,Mx=-3741.434 My=2496.751
方案6:顺序12543 不平衡力矩:4890.162Kg.mm,Mx=-1576.481 My=4629.082
方案7:顺序13245 不平衡力矩:6206.902Kg.mm,Mx=4675.785 My=4081.993
方案8:顺序13254 不平衡力矩:1955.635Kg.mm,Mx=1218.385 My=1529.721
方案9:顺序13425 不平衡力矩:2969.224Kg.mm,Mx=2637.346 My=1364.074
方案10:顺序13452 不平衡力矩:4035.852Kg.mm,Mx=-4034.861 My=-89.411
方案11:顺序13524 不平衡力矩:5292.585Kg.mm,Mx=538.905 My=-5265.077
方案12:顺序13542 不平衡力矩:4951.607Kg.mm,Mx=-2675.902 My=-4166.289
方案13:顺序14235 不平衡力矩:6355.010Kg.mm,Mx=311.989 My=6347.348
方案14:顺序14253 不平衡力矩:6007.948Kg.mm,Mx=-980.458 My=5927.406
方案15:顺序14325 不平衡力矩:982.801Kg.mm,Mx=-367.490 My=911.510
方案16:顺序14352 不平衡力矩:7060.530Kg.mm,Mx=-7039.698 My=-541.975
方案17:顺序14523 不平衡力矩:1872.902Kg.mm,Mx=-1659.938 My=-867.392
方案18:顺序14532 不平衡力矩:7291.837Kg.mm,Mx=-7039.698 My=-1900.934
方案19:顺序15234 不平衡力矩:2523.166Kg.mm,Mx=2510.832 My=-249.180
方案20:顺序15243 不平衡力矩:5040.756Kg.mm,Mx=4675.785 My=1883.150
方案21:顺序15324 不平衡力矩:5972.712Kg.mm,Mx=1831.352 My=-5685.018
方案22:顺序15342 不平衡力矩:4790.351Kg.mm,Mx=-1383.455 My=-4586.231
方案23:顺序15423 不平衡力矩:2766.303Kg.mm,Mx=2637.346 My=-834.769
方案24:顺序15432 不平衡力矩:3318.346Kg.mm,Mx=-2742.414 My=-1868.312
由于该五叶桨的Mp为7301.1kgmm,因此从以上数据中可知合格的桨叶组排序为:12354,12534,12543,13254,13425,13452,13524,13542,14325,14523,15234,15243,15342,15423与15432(从艉向艏看逆时针顺序),这些桨叶组的不平衡值M2与桨毂组件1不平衡值M1之和均满足M1+M2≤Mp。
但是这样需要逐个比较,效率不高,因此可以先找出最佳排序方案:14325,该方案对应的桨叶组的不平衡力矩值M2最小,为982.801Kg.mm。当找出最小不平衡值后,可以直接把该值带入公式M1+M2≤Mp进行验证,因为这是最小不平衡值,如果该值不符合要求,那别的组合均不符合要求,需要对桨毂组件或桨叶组返修;而只要有桨叶组符合要求,那么由于该值为最小不平衡值,那它肯定符合要求,因此,直接带入最小不平衡值可以节省大量的验证时间,提高生产效率。
桨叶不平衡值的计算同样可以以手工方法进行,以最佳排列方案14325为例,手工计算过程如下:
参见图4,建立平面坐标系XOY,令第一片桨叶法兰中心线与X轴重合:
先计算各桨叶对X轴的合成力矩值:
Mx=P1×Z1+P4×[Y4×sin(72°)+Z4×sin(162°)]+P3×[Y3×sin(144°)+Z3×sin(234°)]+P2×[Y2×sin(216°)+Z2×sin(306°)]+P5×[Y5×sin(288°)+Z5×sin(18°)]
=1156×197+1156×[1014.5×sin(72°)+197×sin(162°)]+1156×[1015.5×sin(144°)+199×sin(234°)]+1156×[1016×sin(216°)+195×sin(306°)]+1156×[1015.5×sin(288°)+200×sin(18°)]
=-367.49Kg.mm
再计算各桨叶对Y轴的合成力矩值:
My=P1×Y1+P4×[Y4×cos(72°)+Z4×cos(162°)]+P3×[Y3×cos(144°)+Z3×cos(234°)]+P2×[Y2×cos(216°)+Z2×cos(306°)]+P5×[Y5×cos(288°)+Z5×cos(18°)]
=1156×1016.5+1156×[1014.5×cos(72°)+197×cos(162°)]+1156×[1015.5×cos(144°)+199×cos(234°)]+1156×[1016×cos(216°)+195×cos(306°)]+1156×[1015.5×cos(288°)+200×cos(18°)]
=911.51Kg.mm
则对X轴、Y轴合成力矩为:
实施例2:
下面以四叶桨为例进一步说明一种调距桨的整桨组合静平衡方法。
该四叶桨整个螺旋桨的重量:11530kg,螺旋桨直径:4.2m,转速:179.3r/min,制造精度:ISO484,I级。整桨的不平衡力矩Mp:8966.3kgmm。
先按上述方法测得桨毂组件1的不平衡值M1为2241.6kgmm。
再测量桨叶组的不平衡值M2,步骤如下:
每片桨叶静平衡测试数据如下表:
编号 | 炉批号 | P(Kg) | Y(mm) | Z(mm) |
1 | 28-06-3-22-2 | 1337 | 993 | 257 |
2 | 28-06-3-22-3 | 1336 | 997 | 257 |
3 | 28-06-3-22-4 | 1336 | 996.5 | 265 |
4 | 28-06-3-22-5 | 1337 | 995 | 260 |
参见图3,P是每片桨的重量,Y是桨叶重心到螺旋桨中心线d的距离,Z是桨叶重心到叶片中心线c的距离。对于四叶桨,先将桨叶编号为1234,桨1的炉批号为28-06-3-22-2,桨2的炉批号为28-06-3-22-3,桨3的炉批号为28-06-3-22-4,桨4的炉批号为28-06-3-22-5。
然后按照编号的排列组合顺序编排出各桨叶组,1号不变,则1234这四个编号共有6种排列组合顺序。将以上数据输入程序,程序计算结果如下:
=========================原始输入数据=============================
1号桨叶:P1=1337Kg,Y1=993mm, Z1=257mm
2号桨叶:P2=1336Kg,Y2=997mm, Z2=257mm
3号桨叶:P3=1336Kg,Y3=996.5mm,Z3=265mm
4号桨叶:P4=1337Kg,Y4=995mm, Z4=260mm
=========================桨叶组排序方案===========================
方案1:顺序1234 不平衡力矩:8773.525Kg.mm,Mx=-8754.000 My=585.000
方案2:顺序1243 不平衡力矩:8683.308Kg.mm,Mx=-3343.000 My=8014.000
方案3:顺序1324 不平衡力矩:10845.146Kg.mm,Mx=1266.000 My=-10771.000
方案4:顺序1342 不平衡力矩:14157.545Kg.mm,Mx=-4679.000 My=-13362.000
方案5:顺序1423 不平衡力矩:2201.423Kg.mm,Mx=-752.000 My=2069.000
方案6:顺序1432 不平衡力矩:14485.236Kg.mm,Mx=-12108.000 My=-7951.000
由于四叶桨的Mp为8966.3kgmm,因此从以上数据中可知合格的桨叶组排序为:1423(从艉向艏看逆时针顺序),以上桨叶组的不平衡值M2与桨毂组件1的不平衡值M1之和均满足M1+M2≤Mp。
但是这样需要逐个比较,效率不高,因此可以先找出最佳排序方案:1423,该方案对应的桨叶组的不平衡力矩值M2最小,为2201.423Kg.mm。当找出最小不平衡值后,可以直接把该值带入公式M1+M2≤Mp进行验证,因为这是最小不平衡值,如果该值不符合要求,那别的组合均不符合要求,需要对桨毂组件或桨叶组返修;而只要有桨叶组符合要求,那么由于该值为最小不平衡值,那它肯定符合要求,因此,直接带入最小不平衡值可以节省大量的验证时间,提高生产效率。
桨叶不平衡值的计算同样可以以手工方法进行,以最佳排列方案1423为例,手工计算过程如下:
建立平面坐标系XOY,令第一片桨叶法兰中心线与X轴重合。
计算各桨叶对X轴的合成力矩值:
Mx=P1×Z1+P4×Y4-P2×Z2-P3×Y3
=1337×257+1337×995-1336×257-1336×996.5=-752Kg.mm
计算各桨叶对Y轴的合成力矩值:
My=P1×Y1-P4×Z4-P2×Y2+P3×Z3
=1337×993-1337×260-1336×997+1336×265=2069Kg.mm
则对X轴、Y轴合成力矩为:
实施例3:
下面以三叶桨为例进一步说明一种调距桨的整桨组合静平衡方法。
该三叶桨整个螺旋桨的重量:9630kg,螺旋桨直径:4.1m,转速:208r/min制造精度:ISO484,I级,整桨的不平衡力矩Mp:5564.7kgmm。
先按上述方法测得桨毂组件1的不平衡值M1为1391.2kgmm。
再测量桨叶组的不平衡值M2,步骤如下:
每片桨叶静平衡测试数据如下表:
编号 | 炉批号 | P(Kg) | Y(mm) | Z(mm) |
1 | 29-07-3-28-1 | 1155 | 1013.5 | 205 |
2 | 29-07-3-28-2 | 1152 | 1014.5 | 200 |
3 | 29-07-3-28-3 | 1154 | 1012 | 203 |
参见图3,P是每片桨的重量,Y是桨叶重心到调距桨中心线d的距离,Z是桨叶重心到叶片中心线c的距离。对于三叶桨,先将桨叶编号为123,桨1的炉批号为29-07-3-28-1,桨2的炉批号为29-07-3-28-2,桨3的炉批号为29-07-3-28-3。
然后按照编号的排列组合顺序编排出各桨叶组,1号不变,则123这三个编号共有2种排列组合顺序。将以上数据输入程序,程序计算结果如下:
=========================原始输入数据=============================
1号桨叶:P1=1155Kg,Y1=1013.5mm Z1=205mm
2号桨叶:P2=1152Kg,Y2=1014.5mm Z2=200mm
3号桨叶:P3=1154Kg,Y3=1012mm Z3=203mm
========================桨叶组排序方案===========================
方案1:顺序123 不平衡力矩:7676.943Kg.mm,Mx=5185.318 My=5661.090
方案2:顺序132 不平衡力矩:3842.763Kg.mm,Mx=3702.682 My=-1028.090
由于三叶桨的Mp为5564.7kgmm,因此从以上数据中可知合格的桨叶组排序为:132(从艉向艏看逆时针顺序),该桨叶组的不平衡值M2与桨毂组件1的不平衡值M1之和满足M1+M2≤Mp。
但是这样需要逐个比较,效率不高,因此可以先找出最佳排序方案:132,该方案对应的桨叶组的不平衡力矩值M2最小,为3842.763Kg.mm。当找出最小不平衡值后,可以直接把该值带入公式M1+M2≤Mp进行验证,因为这是最小不平衡值,如果该值不符合要求,那别的组合均不符合要求,需要对桨毂组件或桨叶组返修;而只要有桨叶组符合要求,那么由于该值为最小不平衡值,那它肯定符合要求,因此,直接带入最小不平衡值可以节省大量的验证时间,提高生产效率。
桨叶不平衡值的计算同样可以以手工方法进行,以最佳排列方案132为例,手工计算过程如下:
建立平面坐标系XOY,令第一片桨叶法兰中心线与X轴重合。
计算各桨叶对X轴的合成力矩值:
Mx=P1×Z1+P3×[Y3×sin(120°)+Z3×sin(210°)]+P2×[Y2×sin(240°)+Z2×sin(330°)]
=1155×205+1154×[1012×sin(120°)+203×sin(210°)]+1152×[1014.5×sin(240°)+200×sin(330°)]=3702.682Kg.mm
计算各桨叶对Y轴的合成力矩值:
My=P1×Y1+P3×[Y3×cos(120°)+Z3×cos(210°)]+P2×[Y2×cos(240°)+Z2×cos(330°)]
=1155×1013.5+1154×[1012×cos(120°)+203×cos(210°)]+1152×[1014.5×cos(240°)+200×cos(330°)]=-1028.09Kg.mm
则对X轴、Y轴合成力矩为:
Claims (3)
1.一种调距桨的整桨组合静平衡方法,其特征在于该方法依次包括以下步骤:
第一步:测量桨毂组件(1)的不平衡值M1:先组装好桨毂组件(1),然后在桨毂组件(1)的横向左右两端分别安装有前支撑轴(3)与后支撑轴(4),同时在桨毂组件(1)的纵向上下两端安装有压条(5),然后将前支撑轴(3)与后支撑轴(4)搁置在滚针(6)上,所述滚针(6)的下方设置有支架(7),随后测量桨毂组件(1)的不平衡值M1;
第二步:单独测量每片桨叶(2)的静平衡数据:测量每片桨叶(2)的P、Y与Z值,所述P是每片桨叶(2)的重量,Y是桨叶重心到调距桨中心线的距离,Z是桨叶重心到叶片中心线的距离;
第三步:计算桨叶组的不平衡值M2:先将每片桨叶(2)按数字依次编号,然后依照所述编号的排列组合顺序编排出各桨叶组,随后计算出各桨叶组的不平衡值M2;
第四步:整桨静平衡判断:将上述桨叶组的不平衡值M2与桨毂组件(1)的不平衡值M1的和M1+M2与Mp比较,如果M1+M2≤Mp,则该种桨叶组与桨毂组件(1)组成的调距桨符合静平衡要求,记录此时不平衡值M2所对应的桨叶组中桨叶的排列顺序;如果M1+M2>Mp,则该种桨叶组与桨毂组件(1)组成的调距桨不符合静平衡要求,需要对该桨毂组件(1)或桨叶组返修,所述Mp是指ISO 484/1规范规定的调距桨的许用不平衡值。
2.根据权利要求1所述的一种调距桨的整桨组合静平衡方法,其特征在于:所述第四步静平衡判断中桨叶组的不平衡值M2为各桨叶组中的最小不平衡值。
3.根据权利要求1所述的一种调距桨的整桨组合静平衡方法,其特征在于:所述第三步计算桨叶组的不平衡值M2中涉及的计算为手工计算或计算机程序计算。
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