CN114297784A - 船舶轴系轴承负荷的计算方法、系统及轴系校中计算系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种船舶轴系轴承负荷的计算方法、系统及轴系校中计算系统，计算方法包括：基于千斤顶的理论顶举曲线图及顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE获取理论等效千斤顶负荷F_J，根据千斤顶负荷F_JE、理论等效千斤顶负荷F_J以及顶举系数K计算等效顶举系数K_N。基于顶举法获得千斤顶的实测顶举曲线图及实际等效千斤顶负荷F_J′；根据等效顶举系数K_N以及实际等效千斤顶负荷F_J′算出船舶轴系轴承处的轴承负荷。本申请通过获得等效千斤顶负荷计算轴承负荷值，将此值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。相较于现有技术，避免了因顶空点位置不准确造成轴承负荷的精度不能保证的问题。本申请能精确的计算出轴承负荷，从而避免影响船舶轴系校中计算的准确性。

Description

船舶轴系轴承负荷的计算方法、系统及轴系校中计算系统

技术领域

本申请涉及船舶轴系校中技术领域，具体而言，涉及一种船舶轴系轴承负荷的计算方法、系统及轴系校中计算系统。

背景技术

轴系校中是指船舶总装厂将轴系通过船体结构与轴承安装在船体上的作业工作，是船舶建造过程中的关键作业环节。为了确保船舶轴系作业的顺利进行，船舶总装厂均进行轴系校中设计与轴系校中施工操作。轴系校中的优劣，直接决定了轴系轴承负荷分布与船舶运行安全性能。

在轴系校中过程中，轴承负荷的计算是关键的步骤。现有的轴承负荷计算方法为：根据实测顶举曲线确定被测轴承的顶空点，根据顶空点对应千斤顶负荷确定被测轴承负荷。

在现有的轴承负荷计算方法中，在获取实测顶举曲线顶空点的过程中，存在顶空点位置不准确、存在误差等问题。因此在根据顶空点对应千斤顶负荷确定被测轴承负荷时，计算出的轴承负荷的精度不能保证。因此，会直接影响船舶轴系的轴系校中过程。

综上所述，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种船舶轴系轴承负荷的计算方法，适用于船舶轴系轴承负荷的顶举法测量过程，具备计算准确的特点。

本申请实施例的第二目的还在于提供一种使用上述船舶轴系轴承负荷的计算方法的船舶轴系轴承负荷的计算系统。

本申请实施例的第三目的还在于提供一种轴系校中计算系统，使用上述船舶轴系轴承负荷的计算系统中计算的轴承负荷进行轴系校中计算。

第一方面，提供了一种船舶轴系轴承负荷的计算方法，包括：

S1、建立计算模型，基于顶举法获得千斤顶的理论顶举曲线图；获取所述理论顶举曲线图中理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE。

S2、在所述理论顶举曲线图中根据所述理论顶举曲线获取理论等效千斤顶负荷F_J。

S3、根据所述顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE、所述理论等效千斤顶负荷F_J以及顶举系数K计算等效顶举系数K_N。

S4、将所述千斤顶设置于船舶轴系轴承附近轴段的底部，基于顶举法获得所述千斤顶的实测顶举曲线图。

S5、在所述实测顶举曲线图中根据所述实测顶举曲线获取实际等效千斤顶负荷F_J′；根据所述等效顶举系数KN以及实际等效千斤顶负荷F_J′算出轴承负荷值，将此值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。

在一种实施方式中，所述理论顶举曲线图的横坐标表示千斤顶负荷，纵坐标表示千斤顶位移；在所述理论顶举曲线图中所述理论顶举曲线包括顶举段和脱空段；在步骤S2中，所述获取理论等效千斤顶负荷F_J包括：将所述理论顶举曲线的脱空段反向延长并与横坐标相交，获取交点处对应的千斤顶负荷作为等效千斤顶负荷F_J。

在一种实施方式中，所述实测顶举曲线图的横坐标表示千斤顶负荷，纵坐标表示轴位移量；在实测顶举曲线图中包括千斤顶的上升阶段的顶举曲线以及下降阶段的顶举曲线；基于所述上升阶段的顶举曲线和所述下降阶段的顶举曲线获取两者的中间线作为千斤顶的实测顶举曲线。

在一种实施方式中，在步骤S5中，所述获取实际等效千斤顶负荷F_J′包括：将所述实测顶举曲线的中间线反向延长后与横坐标相交；获取交点处对应的千斤顶负荷作为等效千斤顶负荷F_J′。

在一种实施方式中，在步骤S1中，所述获取所述理论顶举曲线图中理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE包括：获取所述顶举段和所述脱空段的交点作为所述理论顶举曲线的顶空点，根据所述理论顶举曲线图获取所述顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE。

在一种实施方式中，顶举段表示在被测轴承和千斤顶共同支撑轴系阶段千斤顶负荷与千斤顶位移之间的关系；脱空段表示在被测轴承脱空后的顶空阶段千斤顶负荷与千斤顶位移之间的关系。

在一种实施方式中，在步骤S4中，所述将所述千斤顶设置于船舶轴系轴承附近轴段的底部包括：根据船舶轴系轴承的位置设置所述千斤顶，将所述千斤顶与船舶轴系轴承接近设置，并且将所述千斤顶设于船舶轴系轴承附近的强档上。

在一种实施方式中，所述理论顶举曲线为不考虑粘滞效应的千斤顶理论顶举曲线。

根据本申请的第二方面，还提供了一种船舶轴系轴承负荷的计算系统。包括：

第一绘图模块，用于根据顶举法绘制千斤顶的理论顶举曲线图。

千斤顶负荷获取模块，用于根据所述理论顶举曲线图获取理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE及等效千斤顶负荷F_J。

等效顶举系数获取模块，用于根据顶举系数K、顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE以及等效千斤顶负荷F_J获取等效顶举系数K_N。

第二绘图模块，在所述千斤顶设于船舶轴系轴承附近轴段的底部时，用于根据顶举法绘制所述千斤顶的实测顶举曲线图。

轴承负荷计算模块，用于根据所述实测顶举曲线图获取实际等效千斤顶负荷F_J′，根据实际等效千斤顶负荷F_J′及等效顶举系数K_N计算轴承负荷值；将轴承负荷值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。

根据本申请的第三方面，还提供了一种轴系校中计算系统，包括轴系校中计算模块，用于根据第二方面提供的船舶轴系轴承负荷的计算系统计算的轴承负荷进行船舶轴系校中计算。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

在本申请的技术方案中，通过获得等效千斤顶负荷，基于等效千斤顶负荷计算轴承负荷值，将此值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。相较于现有技术，替代了确定实测顶举曲线顶空点的过程，避免了因顶空点位置不准确造成轴承负荷的精度不能保证的问题。本申请能精确的计算出轴承负荷，从而避免影响船舶轴系校中计算的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种船舶轴系轴承负荷的计算方法的流程图；

图2为根据本申请实施例示出的一种船舶轴系轴承负荷的计算方法中轴系轴承及千斤顶的布置图；

图3为根据本申请实施例示出的一种船舶轴系轴承负荷的计算方法中理论顶举曲线图；

图4为根据本申请实施例示出的一种船舶轴系轴承负荷的计算方法中实测顶举曲线图。

图5为根据本申请实施例示出的一实船轴承负荷的实测顶举曲线图；

图6为根据本申请实施例示出的一种船舶轴系轴承负荷的计算系统的组成框图；

图7为根据本申请实施例示出的一种轴系校中计算系统的结构示意图。

附图标记：

1、第一绘图模块；2、千斤顶负荷获取模块；3、等效顶举系数获取模块；4、第二绘图模块；5、轴承负荷计算模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，本申请提供了一种船舶轴系轴承负荷的计算方法，包括以下步骤：

S1、建立计算模型，基于顶举法获得千斤顶的理论顶举曲线图；获取理论顶举曲线图中理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE。

S2、在理论顶举曲线图中根据理论顶举曲线获取理论等效千斤顶负荷F_J。

S3、根据顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE、理论等效千斤顶负荷F_J以及顶举系数K计算等效顶举系数K_N。

在步骤S3中，考虑在实测顶举曲线图中获取顶空点的难度较大，并且不能保证顶空点位置的准确性。在理论顶举曲线中的顶空点位置确定，因此，基于理论顶举曲线，寻找在顶举曲线中的一个等效点，并根据理论顶举曲线寻找顶空点与等效点之间的关系，从而找到等效顶举系数K_N。

S4、将千斤顶设置于船舶轴系轴承附近轴段的底部，基于顶举法获得千斤顶的实测顶举曲线图。

S5、在实测顶举曲线图中根据实测顶举曲线获取实际等效千斤顶负荷F_J′；根据所述等效顶举系数K_N以及实际等效千斤顶负荷F_J′算出轴承负荷值，将此值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。

在步骤S5中，找到实测顶举曲线图中的等效点，利用等效点获得实际等效千斤顶负荷F_J′，替代了先确定顶空点，再获取顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE～。参见图4和图5，在实测顶举曲线图中的顶空点位置不明显，考虑计算轴承负荷的准确性，本申请通过选取实测顶举曲线图中的等效点进行相关计算。

本申请提供的船舶轴系轴承负荷的计算方法获得等效千斤顶负荷，基于等效千斤顶负荷计算轴承负荷值，将此值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。相较于现有技术，替代了确定实测顶举曲线顶空点的过程，避免了因顶空点位置不准确造成轴承负荷的精度不能保证的问题。本申请能精确的计算出轴承负荷，从而避免影响船舶轴系校中计算的准确性。

在一种实施方式中，参见图2，基于顶举法，在被测轴承B处设置千斤顶J，并获取该千斤顶J的理论顶举曲线图。参见图3，理论顶举曲线图的横坐标表示千斤顶负荷，纵坐标表示千斤顶位移。在理论顶举曲线图中理论顶举曲线OCD包括顶举段OC和脱空段CD。

具体的，顶举段OC表示在被测轴承B和千斤顶J共同支撑轴系的上升或者下降的过程中千斤顶负荷与千斤顶位移之间的关系。脱空段CD表示在被测轴承B脱空后的顶空阶段千斤顶负荷与千斤顶位移之间的关系。

需要说明的是，理论顶举曲线为不考虑粘滞效应的千斤顶理论顶举曲线。

在一种实施方式中，在步骤S1中，获取理论顶举曲线图中理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE包括：

获取顶举段和脱空段的交点作为理论顶举曲线的顶空点，根据理论顶举曲线图获取顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE。考虑理论顶举曲线的顶空点较为容易确定，因此在确定等效顶举系数K_N时，使用理论顶举曲线进行相关计算。

在一种实施方式中，在步骤S1之前，获取船舶轴系与轴承布置信息以及轴系校中设计信息。基于船舶轴系与轴承布置信息分析轴承负荷是否可测，在判断轴承负荷可测后进行轴承负荷的计算。

具体的，船舶轴系与轴承布置信息包括：设计人员导入固定数据格式的、用于描述船舶轴系几何、物理、结构、布置数据文件，计算平台预设结构分析该数据文件，提取轴系轴段与轴承结构形式、结构尺寸、许可载荷、重量重心等数据；

轴系校中设计信息包括：设计人员选择船舶轴系校中设计计算，计算平台依据预设数据结构解析轴系校中设计计算对应的数据文件。提取轴系校中相关轴段直径与长度、材料密度、螺旋桨重量重心、法兰、轴承尺寸以及轴承比压等轴系附件要求信息。

在一种实施方式中，在步骤S1之前，确认轴系中被测轴承的位置及数量。

具体的包括：

获取轴承类型和舱壁布置信息。根据船舶轴系与轴承布置信息分析轴系几何、物理、结构布置以及轴系附件信息，分析舱壁布置、设备配置、轴承位置及轴承附近船体结构，确定轴承附近是否有足够空间以及轴承是否位于隔舱壁，即确定轴承位置可达性与轴承变位可调性。根据轴承位置可达性与轴承变位可调性确定被测轴承的位置与数量。根据被测轴承位置与数量以及轴系几何、布置与轴系附件信息确定千斤顶位置和数量。

在一种实施方式中，千斤顶数量与被测轴承的数量相对应。

在一种实施方式中，判断轴承负荷可测包括：

基于船舶轴系校中设计信息获取轴承位置及轴承附近船体结构。根据轴承位置及轴承附近船体结构，确定在被测轴承的附近有足够空间布置千斤顶时，被测轴承处的轴承负荷可测。

需要说明的是：通常所有的中间轴承负荷均可测量，如果中间轴承一侧空间有限则可以在另一侧布置千斤顶。

在一种实施方式中，在步骤S2中，获取理论等效千斤顶负荷F_J包括：将理论顶举曲线的脱空段CD反向延长并与横坐标相交，获取交点处对应的千斤顶负荷作为等效千斤顶负荷F_J。考虑将交点作为顶空点的等效点。

在一种实施方式中，在步骤S3中，计算等效顶举系数K_N包括以下步骤：

参见图3，脱空段CD所在直线的斜率为

A_JJ′为被测轴承被顶空后千斤顶对自身的反力影响系数。参见图2中的理论顶举曲线得到：

F_J＝F_JE-Y_JE×A^′ _JJ (1)

根据公式(1)和公式(2)得到：

根据船舶行业标准及顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE，获得被测轴承B的轴承负荷F_B为：

F_B＝K×F_JE (4)

顶举系数K为基于船舶行业标准确定的数值：

式中：

A_BJ为千斤顶J对被测轴承B的反力影响系数；

A_JJ为千斤顶J对自身的反力影响系数。

根据公式(3)、公式(4)和公式(5)得到：

将被测轴承B的轴承负荷F_B记为：

F_B＝K_N×F_J (7)

根据公式(7)得到等效顶举系数K_N为：

在一种实施方式中，参见图4，实测顶举曲线图的横坐标表示千斤顶负荷，单位为KN；纵坐标表示轴位移量，单位为mm。在实测顶举曲线图中包括千斤顶的上升阶段的顶举曲线以及下降阶段的顶举曲线。基于上升阶段的顶举曲线和下降阶段的顶举曲线获取两者的中间线作为千斤顶的实测顶举曲线。考虑取两者的中间线能增加计算的准确性。

具体的，图5为一实船轴承负荷的实测顶举曲线图，虚线部分表示基于上升阶段的顶举曲线和下降阶段的顶举曲线获取的中间线。

在一种实施方式中，在步骤S4中，将千斤顶设置于船舶轴系轴承的底部包括：

根据船舶轴系轴承的位置设置千斤顶，将千斤顶与船舶轴系轴承接近设置，并且将千斤顶设于船舶轴系轴承附近的强档上。

在一种实施方式中，在步骤S5中，获取实际等效千斤顶负荷F_J′包括：

将实测顶举曲线的中间线反向延长后与横坐标相交，获取交点处对应的千斤顶负荷作为等效千斤顶负荷F_J′。考虑实测顶举曲线的顶空点不容易确定，因此通过获得中间线与横坐标的交点，并将该交点作为计算的等效点。

根据本申请的第二方面，参见图6，还提供了一种船舶轴系轴承负荷的计算系统，包括：第一绘图模块1、千斤顶负荷获取模块2、等效顶举系数获取模块3、第二绘图模块4以及轴承负荷计算模块5。

第一绘图模块1用于根据顶举法绘制千斤顶的理论顶举曲线图。千斤顶负荷获取模块2用于根据所述理论顶举曲线图获取理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE及等效千斤顶负荷F_J。等效顶举系数获取模块3用于根据顶举系数K、顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE以及等效千斤顶负荷F_J获取等效顶举系数K_N。在所述千斤顶设于船舶轴系轴承附近轴段的底部时，第二绘图模块4用于根据顶举法绘制所述千斤顶的实测顶举曲线图。轴承负荷计算模块5用于根据所述实测顶举曲线图获取实际等效千斤顶负荷F_J′，根据实际等效千斤顶负荷F_J′及等效顶举系数K_N计算轴承负荷值。将轴承负荷值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。该计算系统使用上述任一种实施方式中的计算方法。

根据本申请的第三方面，参见图7，还提供了一种轴系校中计算系统，包括轴系校中计算模块，用于根据第二方面提供的船舶轴系轴承负荷的计算系统计算的轴承负荷进行船舶轴系校中计算。

需要说明的是，在船舶轴系校中计算时，使用轴系校中计算模块对轴系中的每个轴承的轴承负荷进行计算，确认每个轴承负荷满足校中要求。

具体的，获取轴系设计几何、物理、附件布置参数及轴系附件要求信息。根据轴系几何、物理、附件布置参数及附件要求信息与空间要求信息分析轴系校中特点与要求，轴系校中特点有艉管轴承数量、联轴器特点与要求、主机输出法兰弯矩与剪力要求等。根据船舶轴系校中设计信息分析轴承变位与轴承负荷数据信息，判断轴承变位与轴承负荷信息合理性；轴承变位的设计应便于施工，并能有效抵消船体变形的影响，轴承负荷数值不应大于轴承最大负荷载荷的80％。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，包括：

S1、建立计算模型，基于顶举法获得千斤顶的理论顶举曲线图；获取所述理论顶举曲线图中理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE；

S2、在所述理论顶举曲线图中根据所述理论顶举曲线获取理论等效千斤顶负荷F_J；

S3、根据所述顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE、所述理论等效千斤顶负荷F_J以及顶举系数K计算等效顶举系数K_N；

S4、将所述千斤顶设置于船舶轴系轴承附近轴段的底部，基于顶举法获得所述千斤顶的实测顶举曲线图；

S5、在所述实测顶举曲线图中根据所述实测顶举曲线获取实际等效千斤顶负荷F_J′；根据所述等效顶举系数K_N以及实际等效千斤顶负荷F_J′算出轴承负荷值，将此值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。

2.根据权利要求1所述的船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，所述理论顶举曲线图的横坐标表示千斤顶负荷，纵坐标表示千斤顶位移；在所述理论顶举曲线图中所述理论顶举曲线包括顶举段和脱空段；在步骤S2中，所述获取理论等效千斤顶负荷F_J包括：

将所述理论顶举曲线的脱空段反向延长并与横坐标相交，获取交点处对应的千斤顶负荷作为等效千斤顶负荷F_J。

3.根据权利要求2所述的船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，所述实测顶举曲线图的横坐标表示千斤顶负荷，纵坐标表示轴位移量；在实测顶举曲线图中包括千斤顶的上升阶段的顶举曲线以及下降阶段的顶举曲线；基于所述上升阶段的顶举曲线和所述下降阶段的顶举曲线获取两者的中间线作为千斤顶的实测顶举曲线。

4.根据权利要求3所述的船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，在步骤S5中，所述获取实际等效千斤顶负荷F_J′包括：

将所述实测顶举曲线的中间线反向延长后与横坐标相交；获取交点处对应的千斤顶负荷作为等效千斤顶负荷F_J′。

5.根据权利要求3所述的船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，在步骤S1中，所述获取所述理论顶举曲线图中理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE包括：

获取所述顶举段和所述脱空段的交点作为所述理论顶举曲线的顶空点，根据所述理论顶举曲线图获取所述顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE。

6.根据权利要求5所述的船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，顶举段表示在被测轴承和千斤顶共同支撑轴系阶段千斤顶负荷与千斤顶位移之间的关系；脱空段表示在被测轴承脱空后的顶空阶段千斤顶负荷与千斤顶位移之间的关系。

7.根据权利要求1所述的船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，在步骤S4中，所述将所述千斤顶设置于船舶轴系轴承附近轴段的底部包括：

根据船舶轴系轴承的位置设置所述千斤顶，将所述千斤顶与船舶轴系轴承接近设置，并且将所述千斤顶设于船舶轴系轴承附近的强档上。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的船舶轴系轴承负荷的计算方法，其特征在于，所述理论顶举曲线为不考虑粘滞效应的千斤顶理论顶举曲线。

9.一种船舶轴系轴承负荷的计算系统，其特征在于，包括：

第一绘图模块，用于根据顶举法绘制千斤顶的理论顶举曲线图；

千斤顶负荷获取模块，用于根据所述理论顶举曲线图获取理论顶举曲线顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE及等效千斤顶负荷F_J；

等效顶举系数获取模块，用于根据顶举系数K、顶空点处对应的千斤顶负荷F_JE以及等效千斤顶负荷F_J获取等效顶举系数K_N；

第二绘图模块，在所述千斤顶设于船舶轴系轴承附近轴段的底部时，用于根据顶举法绘制所述千斤顶的实测顶举曲线图；

轴承负荷计算模块，用于根据所述实测顶举曲线图获取实际等效千斤顶负荷F_J′，根据实际等效千斤顶负荷F_J′及等效顶举系数K_N计算轴承负荷值；将轴承负荷值作为船舶轴系轴承处的轴承负荷。

10.一种轴系校中计算系统，其特征在于，包括轴系校中计算模块，用于根据权利要求9所述的船舶轴系轴承负荷的计算系统计算的轴承负荷进行船舶轴系校中计算。

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