CN104677631A - 中间轴承的液压测力装置、系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中间轴承的液压测力装置、系统及其测量方法，其中，该液压测力装置包括一用于形成一密闭的液压腔，并能同时显示液压腔内的压力值的液压缸组件；一用于穿进中间轴承座底板上的螺栓孔，将该液压缸组件抵设在中间轴承座面板上的底板组件；液压缸组件和底板组件通过若干组双头螺栓和螺母穿套连接。本发明配合通用的液压手动油泵使用，就可以实现对船舶轴系中间轴承负荷的实际测量。本发明一方面结构简单可靠，操作方便，另一方面，还能减少企业的设备投入，提高工作效率。

Description

中间轴承的液压测力装置、系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种可用于测量船舶中间轴承负荷的液压测力装置、系统及其测量方法。

背景技术

现代船舶轴系由中间轴承、尾轴承、推力轴（一般设置在主机内）、中间轴、艉轴和螺旋桨等组成，中间轴承和尾轴承设置在船舶的机舱尾部。中间轴安装在中间轴承上，艉轴安装在尾轴承上，中间轴前端与船舶主机输出端连接，后端与艉轴（或其它中间轴，对于长轴系）连接，艉轴后部安装螺旋桨。这样就将主机输出的功率通过轴系传递给螺旋桨旋转，推动船舶前进。轴系分为短轴系（主机与螺旋桨轴之间有一根中间轴或没有中间轴）和长轴承（主机与螺旋桨轴之间有两根中间轴或两根以上中间轴），在轴系安装或修理过程中，经常需要对各中间轴承负荷进行测量，以判断各轴承受力是否均匀，轴系是否处于良好的状态。轴承负荷测量常用方法有直接测量法：比如，弹簧测力计法、电子测力计法；和间接测量法：比如，液压顶升测量法等。然而，现有的这些方法更多地适用于短轴系中间轴承负荷测量，且各自存在以下缺点：

直接测量法：比如弹簧测力计法、电子测力计法的缺点如下：

1、弹簧测力计依靠自身的弹簧部件的变形量来测量轴承负荷，弹簧受材料、热处理和加工工艺的影响，其测量值与实际值之间存在偏差，使用多次还会产生金属疲劳，需要定期校验。

2、电子测力计依靠电子压力传感器的变形量来测量轴承负荷，其使用成本较高，测量精度完全依靠电子设备的精度，长期在船舶机舱环境内使用，电子部件容易损坏，影响测量精度，需要定期校验。

间接测量法，比如液压顶升测量法使用中往往存在以下问题：

一、中间轴承负荷液压顶升测量法简介：

现代船舶的短轴系设计采用计算机仿真计算（长轴系由于结构更为复杂，涉及的因素更多，目前还不能进行仿真计算），就是通过计算机建立有限元模型，可以计算出短轴系各轴承的负荷数值（包括中间轴承），编制出《轴系校中计算书》。其中，《轴系校中计算书》为现有技术，该部分非本发明点所在，故在此不作赘述。

如图1所示，轴系安装后可以采用中间轴承负荷液压顶升测量法测出实际负荷。操作方法如下：

⑴如图1所示位置（该位置由《轴系校中计算书》规定）在靠近主机端204的中间轴201下安装顶升油泵203（普通的柱塞顶升油缸），上面对应位置设置百分表202。中间轴的另一端为尾轴端205。

⑵将百分表归零，用油泵顶升中间轴201，逐步增加油压，并记录油压和中间轴对应的抬升量情况，最大顶升量不超过该中间轴承200的标准间隙。要求压力每增加1Mpa记录一次数据。

⑶达到最大顶升量后，再逐步释放顶升油泵的压力，并记录油压和中间轴对应的下降值的情况。要求压力每增加1Mpa记录一次数据。

⑷如图2所示，根据测量的数值绘制顶升曲线，手工引切线获得A、B值。

⑸利用下面的公式求得中间轴承200（如图1所示）的负荷值：

F=(A+B)*S*Roj/2

其中，A—下降过程的压力值；

B—上升过程的压力值；

S—柱塞油缸工作面积：

Roj—顶举系数（在《轴系校中计算书》中提供）。

二、中间轴承负荷液压顶升测量法存在的问题：

⑴液压顶升法是一种间接测量法，测得设置在中间轴承旁的柱塞顶升油缸的负荷，再求出中间轴承的负荷。

目前，液压顶升测量法只能对短轴系中间轴承负荷进行单独测量，而无法对长轴系各轴承负荷进行测量，因此，现有的这种液压顶升测量法具有一定的局限性。

⑵此外，现有的液压顶升测量法操作时需要测量并记录柱塞油缸顶起和释放过程中的压力、位移数据；再作图，手工引切线，求得平均值；再乘以的顶举系数，求得轴承的负荷。因此，整个操作过程比较复杂。

⑶另外，由于采用柱塞泵顶举、作图法，其结果与使用柱塞泵的好坏，操作者和作图者的经验有很大的关系，这将直接导致计算结果不够准确。

⑷在实际操作时，经常遇到船方无法提供《轴系校中计算书》和顶举系数，因此没有计算依据、无法进行测量。

（5）如果中间轴承负荷需要调整的，采用负荷液压顶升法测量需要调整后再测量计算，然后再调整……反反复复，这样，无形使得测量操作十分地麻烦。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有的轴承负荷测量法中的弹簧测力计法、电子测力计法需要定期校验调整；液压顶升测量法不能同时测量调整长轴系中间轴承负荷，且操作复杂、计算结果不够准确的缺点，而提供一种操作简便，且能同时满足长轴系中间轴承负荷的测量的中间轴承的液压测力装置、系统及其测量方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种中间轴承的液压测力装置，其特点在于，其包括：

一用于形成一密闭的液压腔，并能同时显示液压腔内的压力值的液压缸组件，包括：一内设一液压腔的缸体、一能沿纵向活动伸缩入该液压腔且与该液压腔密封连接的柱塞、一穿过该缸体并伸入该液压腔内的压力表、一与该缸体相连且与该液压腔相通的液压接头；

一用于穿进中间轴承座底板上的螺栓孔，将该液压缸组件抵设在中间轴承座面板上的底板组件，包括：一设于中间轴承座底板顶部的连接板、一嵌设于中间轴承底座面板上的螺栓孔内的垫板、一圆螺母、一依次穿过该中间轴承座底板、该连接板的空心螺栓、一依次穿设该圆螺母、该空心螺栓后抵设于柱塞的底部的顶杆，该顶杆、该柱塞的轴线与该螺栓孔同心；

其中，液压缸组件和底板组件通过若干组双头螺栓和螺母穿套连接。

较佳地，该中间轴承底座面板为中间轴承自带的面板，该中间轴承座底板为该中间轴承座自带的底板。

较佳地，该中间轴承底座面板上的螺栓孔的数量为四个或六个，用于穿套固定螺栓。

较佳地，该液压缸组件还包括一套设在该柱塞上且与该缸体的底部固接的缸盖，该缸盖上设有一供柱塞活动穿套的内孔。

较佳地，该柱塞伸入液压腔的一端设有一密封槽，该密封槽内设有一密封圈。

本发明还提供一种液压测力系统，其特点在于，其包括至少两对称设置在中间轴承的底座面板上的如上所述的液压测力装置，该液压测力系统还包括至少一三通分配器及至少一手动油泵，每一所述三通分配器用于分别通过两液压软管将每一所述液压接头与对应的手动油泵相连接，以向该液压腔内输入液压油。

较佳地，该液压测力系统还包括一用于测量中间轴承的高度变化的百分表。

本发明还另外提供一种采用如上所述的液压测力系统进行中间轴承负荷测量的测量方法，其特点在于，其包括以下步骤：

S1、拆卸中间轴承座上、并固定中间轴承用的若干固定螺栓，在对角或中间的两个对称螺栓孔内安装所述液压测力装置；

S2、给所述液压测力装置连接液压软管、三通分配器和手动油泵；

S3、操作手动油泵，向所述液压腔内注入液压油，液压油通过液压软管，经三通分配器分配后分别进入两液压接头，液压油也通过缸体上的螺孔进入压力表，读出压力表上显示的压力值P；

S4、在液压油的作用下，柱塞下移，通过顶杆将力传递到中间轴承底座面板上，使得中间轴承受力上抬，此时，通过百分表读出中间轴承的总体高度变化值；

S5、利用公式F=n*P*S-G1，计算出中间轴承的负荷值，将该计算得出的负荷值F与中间轴承的设计值相比较，如果计算得出的负荷值与设计值相差较大，则继续泵油或释放部分液压油来顶高或降低中间轴承座的位置，直至达到适合的负荷值，同时读取百分表上的数值的变化，记录下中间轴承调整的高度；其中，P为压力表上显示的压力值，n为使用的缸体的数量，S为柱塞的工作面积，G1为中间轴承的自重；

S6、根据步骤S5中记录的中间轴承调整的高度变化，相应调整中间轴承的各固定螺栓的垫片的厚度值，再进行安装，则实现对中间轴承负荷测量和负荷的调整。

较佳地，步骤S1中，每个固定螺栓上分别套设有一垫片，在拆除固定螺栓时，还包括：移出各对应的固定螺栓的垫片，并对应各自的固定螺栓做好相应的标记。之所以做上标记，是为了便于测量后，如果不合适，进行相应的调整。之所以每个垫片的厚度可能还不一样，是因为船舶在建造或使用过程中，船体的变形使得中间轴承底座面板不平整，因此，可能存在各垫片的厚度不一致的情况。这就好比我们日常对桌椅的腿部垫上腿垫，以使其保持水平，虽然通常桌椅腿的长度都是一致的，但由于地面不平，因此，还需要加装不同厚度的垫片来垫平几个桌腿。此处的每个固定螺栓对应不同的垫片厚度同理。

较佳地，步骤S5中的S为20cm²，n为2。

较佳地，步骤S6中相应调整中间轴承的各固定螺栓的垫片的厚度值是指根据步骤S5中通过百分表记录的中间轴承调整的高度变化值，来垫高或削减相应侧的垫片的厚度。比如，当计算得出的轴承负荷值与设计值相比较大时，则适当减小垫片的厚度，而当计算得出的轴承负荷值与设计值相比较小时，则适当增加垫片的厚度。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明上述较佳实施例中所用压力表、百分表、手动油泵、三通分配器及液压软管均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1、减少设备投资，无须购买弹簧测力计和电子测力计，可利用少量金属材料自行制作，成本低。

2、本发明的测力装置及系统结构简单可靠，无需定期校验，最多只需更换液压缸组件中的密封圈，以及对使用的压力表进行定期校验即可。因此，使用十分方便。

3、本发明的液压测力装置既是顶升中间轴承的工具，又是测量工具，可同时对长轴系船舶的多个中间轴承进行负荷测量调整，且操作方便。

4、通过本发明的液压测力装置，可以直接测得中间轴承的实际负荷，是直接测量，直接读数，无需作图计算，无需顶升系数——可解决无《轴系校中计算书》船舶的中间轴承负荷测量问题。并且，本方案是对轴承负荷直接测量，因此包括长轴系在内的轴承负荷都可以进行测量调整，因此使用范围十分广泛。

附图说明

图1为现有技术的液压顶升测量装置测量中间轴承负荷时的结构图。

图2为根据图1中现有技术的液压顶升测量方法绘制的顶升曲线。

图3本发明的较佳实施例的液压测力装置的结构剖视图。

图4为沿图3中A-A线剖切时的半剖视图。

图5为本发明一较佳实施例的液压测力系统测量中间轴承负荷时的使用状态图。

图6为图5的侧视图。

图7为图5中的液压测力系统在连接了手动油泵时的俯视图。

附图标记说明：

现有技术：

200中间轴承、201中间轴、202百分表、203顶升油泵、204主机端、205尾轴端

本发明：

1压力表

1.1外螺纹

2缸体

2.1内螺孔、2.2螺孔、2.3内孔、2.4螺纹孔、2.5内螺孔

3液压接头

3.1外螺纹

4密封圈

5柱塞

6缸盖

6.1内孔、6.2螺孔、6.3内六角螺钉

7连接板

7.1内螺纹孔、7.2螺孔

8空心螺栓

8.1外螺纹、8.2内孔

9顶杆

10圆螺母

11垫板

12双头螺栓

12.1螺母

13中间轴承座底板

14中间轴承底座面板

15固定螺栓孔

16百分表

17手动油泵

18三通分配器

19液压软管

20中间轴承底座

21调节螺栓

100中间轴承

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明的具体条件的实验方法，按照常规方法和条件选择。

实施例

如图3～图7所示，本发明的中间轴承100（如图5所示）的液压测力装置包括：液压缸组件、底板组件、用于连接液压组件和底板组件的若干套双头螺栓12、螺母12.1等，其中，

液压缸体组件包括：压力表1、缸体2、可快速连接的液压接头3（该液压接头为市售可得）、密封圈4、柱塞5、缸盖6、用于固定缸盖6的若干内六角螺钉6.3。通过液压缸体组件，能够在缸体2内形成一个密闭的液压空间，使得当注入液压油后，对柱塞产生推力，柱塞的工作面积比如为20cm²，可以非常直观的根据压力表显示的压力值得出中间轴承的负荷值（具体见以下的公式）。

底板组件包括：连接板7、空心螺栓8、顶杆9、圆螺母10、垫板11等，底板组件可穿进中间轴承座底板13上的螺孔，将液压测力装置固定。

空心螺栓8和顶杆9的长度和直径尺寸可根据不同规格的中间轴承调整。

如图3～图4所示，液压缸组件的具体装配如下：

如图3所示，压力表1的外螺纹1.1与缸体2上的内螺孔2.1旋合连接。液压接头3的外螺纹3.1与缸体2的内螺孔2.5旋合连接。

密封圈4安装在柱塞5的密封槽内，一起装入缸体2的内孔2.3内。

缸盖6通过其上的内孔6.1套设在柱塞5上，并安装在缸体2的内孔2.3的一端，以在缸体内形成一密封的液压腔。

四个内六角螺钉穿过端盖6的螺孔6.2，与缸体2的螺纹孔2.4旋合。

连接板7通过其上的螺孔7.2与四个双头螺栓的一端旋合，双头螺栓的另一端穿过缸体2上的螺孔2.2，通过螺母旋合固定。

连接板7上还设内螺纹孔7.1，用于与空心螺栓8的外螺纹8.1旋合。

顶杆9穿套在空心螺栓8的内孔8.2内。

空心螺栓8穿过中间轴承底板螺孔，另一端与圆螺母10旋合固定。

在中间轴承底座面板上的固定螺栓孔15内安装垫板11，调节连接板7、空心螺栓8和圆螺母10的旋合量，可将本发明的液压测力装置牢固地锁定在中间轴承底座面板14上的固定螺栓孔15内。该固定螺栓孔15用于穿套固定中间轴承用的固定螺栓。

调节双头螺栓12和穿套在双头螺栓上的螺母的旋合量，可将顶杆9紧贴抵设在垫板11和柱塞5之间。这样，液压缸组件和底板组件可通过4套双头螺栓12和螺母12.1连接固定。4个双头螺栓的长度尺寸可以根据不同规格的中间轴承调整。

如图3～图7所示，为本发明的液压测力系统。液压测力系统包括至少两套对称设置在中间轴承底座20上的液压测力装置。通过本发明的液压测力系统，可进行中间轴承负荷的测量操作。

液压测力系统在进行测力时，需要采用两套（或以上）液压测力装置对称地安装在中间轴承底座面板14上一起使用。

如图3～图7所示，本发明的液压测力系统的测量操作过程为：

S1、先在中间轴承100上安装一个用于测量中间轴承100的高度变化的百分表16，在中间轴承座自带的中间轴承座底板13上装入4个调节螺栓21（此4个调节螺栓也为中间轴承座自带，是用来调节中间轴承座的高度的），将4个调节螺栓21向下旋紧，使其顶在中间轴承座自带的中间轴承底座面板14上，此时，中间轴承100的自重力由4个调节螺栓承受；

S2、拆卸中间轴承座上自带的4个（或6个）固定螺栓（图中未示出），移出各固定螺栓的垫片（图中未示出）并做好标记。对于具有4个固定螺栓的中间轴承座，就在对角的两个固定螺栓孔15内安装液压测力装置（若是具有6个固定螺栓的中间轴承座，则在中间的两个固定螺栓孔15内各安装一套液压测力装置，如图3所示），给液压测力装置连接液压软管19、三通分配器18、手动油泵17（这些是通用件，可以直接采购后组合）；

S3、操作手动油泵17（之所以使用手动油泵，是因为测力时移动的行程很短，采用手动油泵操作控制更方便）缓慢往测力装置内注入液压油。液压油通过液压软管19，经三通分配器18均匀分配，再经液压软管19分别进入两个液压测力装置的液压接头3，最后进入缸体2和柱塞5和密封圈4组合成的密封腔内，压力油也通过螺孔2.1进入压力表1，则在压力表1上显示出液压油的压力值；

S4、在液压油的作用下，柱塞5缓慢下移，推动顶杆9，推力作用到垫板11后，传递到中间轴承底座面板14上。当中间轴承受力略抬起后，中间轴承上的4个调节螺栓在受力后会同时出现轻微松动，此时百分表16（如图5所示，这个百分表是用来测量轴承受力后的高度变化的）的高度数据有少量变化。这时，旋松4个调节螺栓，让4个调节螺栓承受的中间轴承负荷全部由2个测力装置来承担，此时读出2个压力表显示的压力P。

S5、然后，再通过以下公式，就能计算出中间轴承负荷：

中间轴承负荷：F=n*P*S-G1

P-压力表的压力

n—使用的液压测力装置的缸体的数量

S—柱塞工作面积：比如20cm²；

G1—中间轴承自重力。

如果计算得到的轴承负荷值与设计值（这个设计值是指设计中间轴承时的承载负载的数值，该部分为现有技术，非本发明点所在，故在此不作赘述）相差较大，可以非常方便的继续向液压腔内泵油（或释放部分油）来顶高（或降低）中间轴承座的位置，达到适合的负荷值时，同时通过读取百分表的数值变化，记录下中间轴承调整的高度；

S6、根据记录下的中间轴承100调整的高度，对原来的固定中间轴承100用的各固定螺栓的垫片的厚度进行调整（比如，当计算得出的轴承负荷值与设计值相比较大时，则适当减小垫片的厚度，而当计算得出的轴承负荷值与设计值相比较小时，则适当增加垫片的厚度），之后再安装；则达到了对中间轴承负荷测量和负荷调整（通过调整垫片的厚度可调整中间轴承的承受负荷）。

以柱塞的工作面积为20cm²例，按照最大工作压力50Mpa，单个的液压测力装置可产生推力10吨；使用时并联两个液压测力装置，则能产生20吨力，基本覆盖各类中间轴承负荷的测量范围。

因此，采用本发明的液压测力装置，可以直接测得中间轴承的实际负荷，是直接测量，直接读数，无需作图计算，无需顶升系数——可解决无《轴系校中计算书》船舶的中间轴承负荷测量问题。并且，本方案是对轴承负荷直接测量，因此包括长轴系在内的轴承负荷都可以进行测量调整，因此使用范围十分广泛。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (11)

1.一种中间轴承的液压测力装置，其特征在于，其包括：

一用于形成一密闭的液压腔，并能同时显示液压腔内的压力值的液压缸组件，包括：一内设一液压腔的缸体、一能沿纵向活动伸缩入该液压腔且与该液压腔密封连接的柱塞、一穿过该缸体并伸入该液压腔内的压力表、一与该缸体相连且与该液压腔相通的液压接头；

一用于穿进中间轴承座底板上的螺栓孔，将该液压缸组件抵设在中间轴承座面板上的底板组件，包括：一设于中间轴承座底板顶部的连接板、一嵌设于中间轴承底座面板上的螺栓孔内的垫板、一圆螺母、一依次穿过该中间轴承座底板、该连接板的空心螺栓、一依次穿设该圆螺母、该空心螺栓后抵设于柱塞的底部的顶杆，该顶杆、该柱塞的轴线与该螺栓孔同心；

其中，液压缸组件和底板组件通过若干组双头螺栓和螺母穿套连接。

2.如权利要求1所述的液压测力装置，其特征在于，该中间轴承底座面板为中间轴承自带的面板，该中间轴承座底板为该中间轴承座自带的底板。

3.如权利要求1所述的液压测力装置，其特征在于，该中间轴承底座面板上的螺栓孔的数量为四个或六个，用于穿套固定螺栓。

4.如权利要求1所述的液压测力装置，其特征在于，该液压缸组件还包括一套设在该柱塞上且与该缸体的底部固接的缸盖，该缸盖上设有一供柱塞活动穿套的内孔。

5.如权利要求1所述的液压测力装置，其特征在于，该柱塞伸入液压腔的一端设有一密封槽，该密封槽内设有一密封圈。

6.一种液压测力系统，其特征在于，其包括至少两对称设置在中间轴承的底座面板上的如权利要求1～5中任意一项所述的液压测力装置，该液压测力系统还包括至少一三通分配器及至少一手动油泵，每一所述三通分配器用于分别通过两液压软管将每一所述液压接头与对应的手动油泵相连接，以向该液压腔内输入液压油。

7.如权利要求1所述的液压测力系统，其特征在于，该液压测力系统还包括一用于测量中间轴承的高度变化的百分表。

8.一种采用如权利要求6或7所述的液压测力系统进行中间轴承负荷测量的测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、拆卸中间轴承座上、并固定中间轴承用的若干固定螺栓，在对角或中间的两个对称螺栓孔内安装所述液压测力装置；

S2、给所述液压测力装置连接液压软管、三通分配器和手动油泵；

S3、操作手动油泵，向所述液压腔内注入液压油，液压油通过液压软管，经三通分配器分配后分别进入两液压接头，液压油也通过缸体上的螺孔进入压力表，读出压力表上显示的压力值P；

S4、在液压油的作用下，柱塞下移，通过顶杆将力传递到中间轴承底座面板上，使得中间轴承受力上抬，此时，通过百分表读出中间轴承的总体高度变化值；

S5、利用公式F=n*P*S-G1，计算出中间轴承的负荷值，将该计算得出的负荷值F与中间轴承的设计值相比较，如果计算得出的负荷值与设计值相差较大，则继续泵油或释放部分液压油来顶高或降低中间轴承座的位置，直至达到适合的负荷值，同时读取百分表上的数值的变化，记录下中间轴承调整的高度；其中，P为压力表上显示的压力值，n为使用的缸体的数量，S为柱塞的工作面积，G1为中间轴承的自重；

S6、根据步骤S5中记录的中间轴承调整的高度变化，相应调整中间轴承的各固定螺栓的垫片的厚度值，再进行安装，则实现对中间轴承负荷测量和负荷的调整。

9.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，步骤S1中，每个固定螺栓上分别对应套设有一垫片，在拆除固定螺栓时，还包括：移出各螺栓的垫片，并对应各自的固定螺栓做好相应的标记。

10.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，步骤S5中的S为20cm²，n为2。

11.如权利要求8所述的测量方法，其特征在于，步骤S6中相应调整中间轴承的各固定螺栓的垫片的厚度值是指根据步骤S5中通过百分表记录的中间轴承调整的高度变化值，来垫高或削减相应侧的垫片的厚度。