CN106969908B - 模拟船舶推进器的加载试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟船舶推进器的加载试验装置，该加载试验装置主要包括螺旋桨模拟块、轴向静推力加载装置、动态力加载装置、扭矩加载装置和三分量动态力测量装置组成；所述的螺旋桨模拟块安装在推进轴艉轴末端；轴向静推力加载装置与推进轴联接，实现轴向力的传递；动态力加载装置可以实现沿轴向和径向加载动态力；扭矩加载装置对称布置在推进轴两侧，与推进轴之间通过窄V带机构实现传动；三分量动态力测量装置可以测量传递到推进轴X、Y、Z三向实际的动态力分量力值。本发明可全面模拟船舶运转过程中螺旋桨与推进轴之间相互作用的各种载荷，同时实现轴向静推力、动态力与扭矩的加载。

Description

模拟船舶推进器的加载试验装置
技术领域
本发明涉及模拟船舶推进器的加载试验装置。
背景技术
船舶主机发出的功率传递给螺旋桨，使螺旋桨产生转动，同时又将螺旋桨旋转时产生的推力通过推力轴承传给船体，推动船舶航行。在这个复杂的过程中，推进电机向螺旋桨传递着扭矩，同时，螺旋桨通过推进轴向止推轴承传递着静推力，而由于螺旋桨在船艉不均匀流场中旋转，还存在着推力的非定常分量，从而诱发船舶推进轴系振动，引起船体振动，并产生辐射噪声。
目前，国内相关高校以及科研机构已建立了一些可供教学科研用的模拟船舶推进器的加载试验装置，用来模拟船舶螺旋桨与推进轴之间的相互作用载荷。如武汉理工大学朱汉华提出了一种轴系电磁液压综合模拟试验加载装置(CN 104807629A)，在试验轴中间段位置采用直流电磁扭矩装置进行扭矩加载，在轴艉端采用液压方式进行轴向力加载，同时也可以进行多个方向的径向力加载，但该装置主要是用于在轴系安装前对其进行性能测试和极限加载破坏性试验，同时其采用球轴承联接会在轴向力传递时引入额外的脉动力影响；一种模拟船舶推进控制系统(发明专利：CN 102426423A)、一种船舶电力推进系统的试验系统(发明专利：CN 101221699A)和船用螺旋桨动态负载模拟装置(发明专利：CN103792853A)仅考虑了扭矩负载的影响；中国舰船研究设计中心研制的推进轴系试验台架(舰船推进轴系的螺旋桨激励力传递特性，中国舰船研究，2015，10(6)：81-86)，该台架中采用液压方式加载轴向静推力，在螺旋桨部位锤击的方式沿轴向、径向和垂向进行动态加载，而没有考虑扭矩负载对推进轴的振动影响；国防科技大学王家盛研制的推进轴系实验装置(中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集2009年),该装置配备了循环水箱来提供推进器所需的外部水环境，但受限于尺寸以及不稳定流场限制，一定程度上降低了试验台的可靠性；武汉理工大学严新平研制的船舶轴系综合试验平台(发明专利：CN102980765A；发明专利：CN103353395A)，该装置采用液压方式对推进轴加载三向轴向力以及扭矩负载，但在该装置中液压加载装置直接将力作用至轴承壳体，忽略了轴承滚动体旋转时引起的脉动分量影响，扭矩加载采用齿轮啮合也增加了推进轴受力的不均匀性；华中科技大学赵耀等研制的船舶推进轴系纵向振动模拟试验台(发明专利：CN102297753A)，该装置采用动加载模块与静加载模块来模拟螺旋桨的纵向交变激励力，忽略了扭矩对推进轴振动的影响，加载装置中采用的止推轴承同样也没有考虑轴承滚动体旋转时引起的脉动分量影响，该装置也存在一定的局限性。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种模拟船舶推进器的加载试验装置，实现能够全面模拟船舶运转过程中螺旋桨与推进轴之间相互作用的各种载荷，能够为船舶推进系统的相关理论及试验研究提供切实有效可行的试验装置。
为了解决上述问题，本发明采用如下方案：
一种模拟船舶推进器的加载试验装置，该加载试验装置主要包括螺旋桨模拟块、轴向静推力加载装置、动态力加载装置、扭矩加载装置和三分量动态力测量装置组成；所述的螺旋桨模拟块安装在推进轴艉轴末端；轴向静推力加载装置与推进轴联接，实现轴向力的传递；动态力加载装置可以实现沿轴向和径向加载动态力；扭矩加载装置对称布置在推进轴两侧，与推进轴之间通过窄V带机构实现传动；三分量动态力测量装置可以测量传递到推进轴X、Y、Z三向实际的动态力分量力值。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述的螺旋桨模拟块用于匹配船舶推进器，安装在推进轴艉轴末端。
所述的轴向静推力加载装置主要由推力加载反力框架、气囊、承压板、静态力传感器、推力调心滚子轴承组件以及气源控制系统组成。
所述的动态力加载装置由信号发生器、功率放大器和电磁激振器组成，由信号发生器生成动态激励信号经功率放大器输送到电磁激振器，通过电磁激振器对推进轴系施加动态激励；动态力经推力调心滚子轴承、三分量动态力测量装置传递到推进轴上，并由三分量动态力测量装置测量最终传递到推进轴上的动态力实际力值。
所述的扭矩加载装置由对称布置在推进轴两侧的磁粉制动器、柱销联轴器、扭矩传感器、窄V带传动机构、联接横梁和程控电源组成；所述扭矩加载装置采用对称布置在推进轴两侧的两台磁粉制动器实现，推进轴艉端与扭矩加载装置上均设置有V型带轮，推进轴与扭矩加载装置之间通过安装在V型带轮上的窄V带传动，窄V带通过一定方式的布置使轴受纯剪切力，并且将这两套扭矩加载装置之间用两根横梁联接。
所述的三分量动态力测量装置由安装板和三向动态力传感器组成。
所述的轴向静推力加载、动态力加载与扭矩加载可单独或同时实现并能够无级调节。
本发明的技术效果在于：
本发明可全面模拟船舶运转过程中螺旋桨与推进轴之间相互作用的各种载荷，同时实现轴向静推力、动态力与扭矩的加载；动态力测量装置可以测量传递到推进轴X、Y、Z三向实际的动态力分量力值，有效消除调心滚子轴承滚动体旋转对动态力的影响。
附图说明
图1为本发明中加载试验装置总体结构图。
图2为本发明中轴向推力加载装置结构图。
图3为本发明中扭矩加载装置结构图。
图4为本发明中三分量动态力测量装置结构图。
图中：1-螺旋桨模拟块；2-轴向推力加载装置；3-动态力加载装置；4-扭矩加载装置；5-三分量动态力测量装置；6-推力加载反力框架；7-气囊；8-承压板；9-静态力传感器；10-推力调心滚子轴承组件；11-磁粉制动器；12-柱销联轴器；13-扭矩传感器、14-窄V带传动机构；15-联接横梁；16-安装板；17-三向动态力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
本发明的一种模拟船舶推进器的加载试验装置，整体结构如图1所示，该加载试验装置主要由螺旋桨模拟块1、轴向静推力加载装置2、动态力加载装置3、扭矩加载装置4和三分量动态力测量装置5组成。其中，螺旋桨模拟块1安装在推进轴艉轴末端，轴向推力加载装置2与推进轴联接，实现轴向力的传递；动态力加载装置3可以实现沿轴向和径向加载动态力；扭矩加载装置4采用对称布置在推进轴两侧的两台磁粉制动器实现；三分量动态力测量装置5测量传递到推进轴X、Y、Z三向实际的动态力分量力值。轴向静推力加载装置2和扭矩加载装置4，分别可模拟船舶螺旋桨在水中运转所产生的静推力和扭矩负载；动态力加载装置3模拟螺旋桨在非均匀流场中运转所产生的脉动力。
轴向静推力加载装置2如图2所示，主要由推力加载反力框架6、气囊7、承压板8、静态力传感器9、推力调心滚子轴承组件10以及气源控制系统组成。推力加载反力框架6固定不动，通过调节气源控制系统中比例阀来调节气囊7供气压力，气囊7产生一定的轴向位移从而产生轴向静推力，该推力通过推力调心滚子轴承组件10作用至三分量动态力测量装置5，从而传递到推进轴。该轴向静推力可无级调节，且由静态力传感器进行实时显示与记录。
扭矩加载装置4如图3所示，主要由磁粉制动器11、柱销联轴器12、扭矩传感器13、窄V带传动机构14、联接横梁15和程控电源组成。其中，扭矩加载装置4采用对称布置在推进轴两侧的两台磁粉制动器11实现，推进轴艉端与扭矩加载装置4上均设置有V型带轮，推进轴与扭矩加载装置4之间通过安装在V型带轮上的窄V带传动，窄V带通过一定方式的布置使轴受纯剪切力，并且将这两套扭矩加载装置4之间用两根横梁联接，这样该剪切力从整体上来讲为系统内力，从而可实现消除两侧传动装置对推进轴受力的影响。通过程控电源调节其输入电流值从而改变加载扭矩大小，可以实时测量负载消耗的扭矩及功。
三分量动态力测量装置5如图4所示，由安装板16和三向动态力传感器17组成。通过三分量动态力测量装置5可以测量传递到推进轴X、Y、Z三向实际的动态力分量力值。通过一定的预紧力，对4个三向动态力传感器17与安装板16进行装配。并通过相应的测试方法，可以通过三分量动态力测量装置5测量传递到推进轴X、Y、Z三向实际的动态力分量力值。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (6)

1.一种模拟船舶推进器的加载试验装置，其特征在于：该加载试验装置主要包括螺旋桨模拟块(1)、轴向静推力加载装置(2)、动态力加载装置(3)、扭矩加载装置(4)和三分量动态力测量装置(5)组成；所述的螺旋桨模拟块(1)安装在推进轴艉轴末端；轴向静推力加载装置(2)与推进轴联接，实现轴向力的传递；动态力加载装置(3)可以实现沿轴向和径向加载动态力；扭矩加载装置(4)对称布置在推进轴两侧，与推进轴之间通过窄V带机构实现传动；三分量动态力测量装置(5)可以测量传递到推进轴X、Y、Z三向实际的动态力分量力值；
所述的扭矩加载装置(4)由对称布置在推进轴两侧的磁粉制动器(11)、柱销联轴器(12)、扭矩传感器(13)、窄V带传动机构(14)、联接横梁(15)和程控电源组成；所述扭矩加载装置(4)采用对称布置在推进轴两侧的两台磁粉制动器实现，推进轴艉端与扭矩加载装置上均设置有V型带轮，推进轴与扭矩加载装置之间通过安装在V型带轮上的窄V带传动，窄V带通过一定方式的布置使轴受纯剪切力，并且将这两套扭矩加载装置之间用两根横梁联接。
2.根据权利要求1所述的模拟船舶推进器的加载试验装置，其特征在于：所述的螺旋桨模拟块(1)用于匹配船舶推进器，安装在推进轴艉轴末端。
3.根据权利要求1所述的模拟船舶推进器的加载试验装置，其特征在于：所述的轴向静推力加载装置(2)主要由推力加载反力框架(6)、气囊(7)、承压板(8)、静态力传感器(9)、推力调心滚子轴承组件(10)以及气源控制系统组成。
4.根据权利要求1所述的模拟船舶推进器的加载试验装置，其特征在于：所述的动态力加载装置(3)由信号发生器、功率放大器和电磁激振器组成，由信号发生器生成动态激励信号经功率放大器输送到电磁激振器，通过电磁激振器对推进轴系施加动态激励；动态力经推力调心滚子轴承(10)、三分量动态力测量装置(5)传递到推进轴上，并由三分量动态力测量装置测量最终传递到推进轴上的动态力实际力值。
5.根据权利要求1所述的模拟船舶推进器的加载试验装置，其特征在于：所述的三分量动态力测量装置(5)由安装板(16)和三向动态力传感器(17)组成。
6.根据权利要求1所述的模拟船舶推进器的加载试验装置，其特征在于：所述的轴向静推力加载、动态力加载与扭矩加载可单独或同时实现并能够无级调节。
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