CN115303441A - 无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法 - Google Patents

无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法 Download PDF

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CN115303441A CN202211004328.1A CN202211004328A CN115303441A CN 115303441 A CN115303441 A CN 115303441A CN 202211004328 A CN202211004328 A CN 202211004328A CN 115303441 A CN115303441 A CN 115303441A
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冉茂文
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Abstract

本发明涉及一种无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，包括：通过主控制器输入桨轴与桨毂的关键参数，计算装配起始位置、推入量、轴向油压和径向油压；进行桨毂实体装配：先输入径向油压，进而输入轴向油压；在桨毂推入过程中记录温度压力一体传感器、位移传感器采集的实时数据，并反馈到主控制器；通过主控制器对装配过程进行仿真模拟，得到桨毂与桨轴啮合面的的轴向应力、应变折线图，对装配过程应力、应变进行分析，若出现不合理情况及时调整推入量；构建无键螺旋桨非参数贝叶斯模型，对装配结果进行预测优化。本发明对装配过程中桨毂与桨轴的状态进行实时监控，对装配过程进行仿真模拟，推入量进行调节，保证装配的精度与质量。

Description

无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法
技术领域
本发明涉及螺旋桨液压无键装配技术领域，具体涉及一种无键螺旋桨液压装配过程中设备状态的可视化与推入量的智能控制方法。
背景技术
目前大多数大型船舶都釆用液压无键联接形式来固定螺旋桨轴和桨毂的相对位置。螺旋桨采用液压无键安装形式，具有拆装简便、安装质量高等特点，能提高螺旋桨运行的安全性与可靠性。螺旋桨的无键液压装配利用桨毂与桨轴之间的预紧力实现桨毂与桨轴的连接，通过液压设备将桨毂推入到合适的位置。但是螺旋桨推入时推入的起始位置与终点位置均由船级社标准进行计算，由于实际装配过程桨轴与桨毂存在一定的不明确因素，桨毂的内表面形状较为复杂造成接触面积等计算结果存在误差，最终计算结果与实际装配会存在一定的误差。且装配过程由人工控制，对应推入油压与推入量的控制均由人工调节，桨毂推入量基本由千分尺进行计算；装配过程桨毂与桨轴的压力情况不可见，导致装配过程繁琐耗时耗力，且装配的质量不明确、装配效率不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的螺旋桨装配过程不可见，装配过程智能化程度低，装配效率不高的问题，提供一种无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，该方法对装配过程中桨毂与桨轴的状态进行实时监控，对装配过程进行仿真模拟，推入量进行调节，保证装配的精度与质量。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，装配过程由主控制器进行控制；轴向油压和径向油压由液压设备进行控制，所述液压设备包括轴向压力泵、径向压力泵、比例阀、轴向压力油管、径向压力油管，所述轴向压力泵和径向压力泵分别通过所述比例阀与所述轴向压力油管和径向压力油管对应连通，所述轴向压力油管和径向压力油管的进油口均设有温度压力一体传感器，桨毂后端安装有位移传感器；所述比例阀、温度压力一体传感器和位移传感器均与所述主控制器通信连接；所述控制方法包括以下步骤：
S1、通过主控制器输入螺旋桨桨轴与桨毂的关键参数，依据规范进行程序编辑，实现无键螺旋桨装配起始位置、推入量、轴向油压和径向油压的快速计算；
S2、进行桨毂实体装配：先输入径向油压使桨毂张开减小桨毂与桨轴之间的摩擦力，进而输入轴向油压使液压螺母的活塞对桨毂产生轴向推力，推动桨毂向前运动；在桨毂推入过程中记录温度压力一体传感器、位移传感器采集的实时数据，并反馈到主控制器；
S3、通过主控制器对装配过程进行仿真模拟，得到桨毂与桨轴啮合面的的轴向应力、应变折线图，对装配过程应力、应变进行分析，若出现不合理情况及时调整推入量；
S4、装配过程评估与预测，构建无键螺旋桨非参数贝叶斯模型，对装配结果进行预测优化。
上述方案中，步骤S1中所述的关键参数包括环境温度、桨毂与桨轴的尺寸。
上述方案中，步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1、通过设置的螺旋桨关键参数构建螺旋桨三维模型；
S3.2、将构建的螺旋桨三维模型进行轻量化处理，减少数据节点，生成合适数据面减少数据量；
S3.3、以温度压力一体传感器与位移传感器的数据为输入值，对螺旋桨进行动力学仿真分析，获取螺旋桨整体应力应变图谱；以装配时间为因变量，轴向油压与径向油压为自变量，得到实际装配轴向油压-装配时间、径向油压-装配时间曲线图；
S3.4、根据装配时间与轴向应力应变的分布对装配推入量进行调剂。
上述方案中，步骤S4具体包括以下步骤：
S4.1、构建无键螺旋桨非线性贝叶斯模型：将无键螺旋桨拆分为多个子系统与其下的组件，多个子系统包括液压系统、桨轴系统、液压螺母系统，系统与系统、组件与系统之间进行参数的传递；
S4.2、数据节点的实时更新与状态预测：利用传感器获取的数据与仿真模型中获取到的数据通过高斯滤波进行已知数据节点的实时更新，即当前状态下的数据更新；并进行系统状态的评估与预测；
S4.3、螺旋桨装配系统控制：将系统预测数据返回给物理系统，进行物理系统的装配调剂。
本发明的有益效果在于：
1、对无键螺旋桨装配过程进行简化，实现装配油压与推入量的计算的自动化，减少装配过程的工作量。
2、构建无键螺旋桨装配虚拟模型，对装配过程进行仿真分析，得到装配过程中的状态参数，使装配过程更加清晰明了。
3、对装配过程应力进行预测，保证装配过程的正常运行，减少不合理装配的发生。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明控制方法的液压螺旋桨基础设备示意图；
图2是本发明控制方法的流程图；
图3是本发明实施例中构建的无键螺旋桨三维模型图；
图4是本发明实施例中无键螺旋桨三维仿真结果图；
图5a是本发明实施例中桨轴桨毂啮合面仿真轴向应变分布曲线图；
图5b是本发明实施例中桨轴桨毂啮合面仿真轴向应力分布曲线图；
图6a是本发明实施例中实际装配轴向油压与装配时间曲线图；
图6b是本发明实施例中实际装配径向油压与装配时间曲线图；
图7是本发明实施例中螺旋桨子系统之间参数传输关系图；
图8是本发明实施例中评估、预测、仿真应力折线图；
图9a是本发明实施例中调剂以后的桨轴桨毂啮合面仿真应变分布曲线图；
图9b是本发明实施例中调剂以后的桨轴桨毂啮合面仿真应力分布曲线图。
图中：11、轴向压力泵；12、径向压力泵；13、比例阀；14、轴向压力油管；15、径向压力油管；16、液压螺母；161、液压螺母内环；162、液压螺母外环；17、温度压力一体传感器；18、位移传感器；19、主控制器；
21、桨轴；22、桨毂。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法的液压螺旋桨基础设备示意图，装配过程由主控制器19进行控制；轴向油压和径向油压由液压设备进行控制，液压设备包括轴向压力泵11、径向压力泵12、比例阀13、轴向压力油管14、径向压力油管15，轴向压力泵11和径向压力泵12分别通过比例阀13与轴向压力油管14和径向压力油管15对应连通，轴向压力油管14和径向压力油管15的进油口均设有温度压力一体传感器17；轴向压力油管14输出端与液压螺母16连接，径向压力油管15输出端与桨毂22连接；桨毂后端安装有位移传感器18；比例阀13、温度压力一体传感器17和位移传感器18均与主控制器19通信连接。
如图2所示，本发明无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，包括以下步骤：
S1、根据实际物理装配模型对无键螺旋桨关键参数进行设置，保证虚拟模型与实际物理模型的高度相似性，减少虚拟仿真误差。通过主控制器输入螺旋桨桨轴与桨毂的关键参数(包括环境温度、桨毂与桨轴的尺寸)，依据船级社规范中的相关要求对船舶最小推入量、最大推入量、起始位置与油压进行计算。
本实施例中，根据实际模型对螺旋桨参数进行设置如表1所示。
表1.螺旋桨参数设置
桨轴最小半径 15
桨轴最大半径 17
桨毂内小径 16
桨毂外小径 21
桨毂内径 18
桨毂外径 24
环境温度 25
S2、进行桨毂实体装配：先输入径向油压使桨毂张开减小桨毂与桨轴之间的摩擦力，进而输入轴向油压使液压螺母的活塞对桨毂产生轴向推力，推动桨毂向前运动；在桨毂推入过程中记录温度压力一体传感器17、位移传感器18采集的实时数据，并反馈到主控制器19。
本实施例中，对物理模型装配过程中的轴向油压、径向油压、位移量、装配温度、装配起始与结束时间以及总耗时进行记录，参见表2。
表2.装配过程数据记录
轴向油压 径向油压 位移量 温度 装配起始时间 装配结束时间 总耗时
4.4mpa 2.1mpa 1.2 27C 14:27 14.34 7.2min
S3、通过主控制器对装配过程进行仿真模拟，得到桨毂与桨轴啮合面的轴向应力、应变折线图，对装配过程应力、应变进行分析，若出现不合理情况及时调整推入量。具体包括以下步骤：
S3.1、通过设置的螺旋桨关键参数构建螺旋桨三维模型；
S3.2、将构建的螺旋桨三维模型进行轻量化处理，减少数据节点，生成合适数据面减少数据量；
S3.3、以温度压力一体传感器17与位移传感器18的数据为输入值，对螺旋桨进行动力学仿真分析，获取螺旋桨整体应力应变图谱；以装配时间为因变量，轴向油压与径向油压为自变量，得到实际装配轴向油压-装配时间、径向油压-装配时间曲线图；
S3.4、根据装配时间与轴向应力应变的分布对装配推入量(即装配油压)进行调剂。
本实施例中，构建的无键螺旋桨三维模型如图3所示；无键螺旋桨三维仿真结果如图4所示，桨轴与桨毂的啮合面所受到的应力应变相对较大。图5a为桨轴桨毂啮合面仿真轴向应力分布曲线，图5b为桨轴桨毂啮合面仿真轴向应变分布曲线。图6a为保持径向油压、环境温度与推入量一定，实际装配轴向压力与装配时间曲线图，6b为保持轴向油压、环境温度与推入量一定，实际装配径向压力与装配时间曲线图。在保证螺旋桨装配过程正常的前提之下，选择适当的装配油压进行螺旋桨装配提高装配的效率，如图6b所示在径向油压2.0与2.1时，选取2.0作为装配油压进行螺旋桨的装配。
S4、装配过程评估与预测，构建无键螺旋桨非参数贝叶斯模型，对装配结果进行预测优化。具体包括以下步骤：
S4.1、构建无键螺旋桨非线性贝叶斯模型：将无键螺旋桨拆分为多个子系统与其下的组件，多个子系统包括液压系统、桨轴系统、液压螺母系统，系统与系统、组件与系统之间进行参数的传递；
S4.2、数据节点的实时更新与状态预测：利用传感器获取的数据与仿真模型中获取到的数据通过高斯滤波进行已知数据节点的实时更新，即当前状态下的数据更新；并进行系统状态的评估与预测；
系统的表达式为：Xt＝f(Xt-1，At-1，vt-1)
式中：X表示时间状态下的系统状态，A表示未知系统参数，v表示噪声变量。
根据贝叶斯理论，通过
Figure BDA0003808022310000061
得到样本转换集
Figure BDA0003808022310000062
利用
Figure BDA0003808022310000063
与p(At+1|At)得到粒子集
Figure BDA0003808022310000064
则预测结果为：
Figure BDA0003808022310000065
Figure BDA0003808022310000066
S4.3、螺旋桨装配系统控制：将系统预测数据返回给物理系统(即液压螺旋桨基础设备)，进行物理系统的装配调剂。
本实施例中，图7为螺旋桨子系统之间参数传输关系图；图8为评估、预测、仿真应力折线图，从图中可以看出三者相差不大，评估预测结果具有可靠性。图9为调剂以后的桨轴桨毂啮合面仿真应力应变分布曲线图，从图中可以看出根据仿真得出的结果，对油压的控制，在相同的推入量与装配时间下可以减少桨轴桨毂的啮合面的的应力应变，减少应力应变的集中，使装配更加的合理。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，装配过程由主控制器进行控制；轴向油压和径向油压由液压设备进行控制，所述液压设备包括轴向压力泵、径向压力泵、比例阀、轴向压力油管、径向压力油管，所述轴向压力泵和径向压力泵分别通过所述比例阀与所述轴向压力油管和径向压力油管对应连通，所述轴向压力油管和径向压力油管的进油口均设有温度压力一体传感器，桨毂后端安装有位移传感器；所述比例阀、温度压力一体传感器和位移传感器均与所述主控制器通信连接；其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
S1、通过主控制器输入螺旋桨桨轴与桨毂的关键参数，依据规范进行程序编辑，实现无键螺旋桨装配起始位置、推入量、轴向油压和径向油压的快速计算；
S2、进行桨毂实体装配：先输入径向油压使桨毂张开减小桨毂与桨轴之间的摩擦力，进而输入轴向油压使液压螺母的活塞对桨毂产生轴向推力，推动桨毂向前运动；在桨毂推入过程中记录温度压力一体传感器、位移传感器采集的实时数据，并反馈到主控制器；
S3、通过主控制器对装配过程进行仿真模拟，得到桨毂与桨轴啮合面的的轴向应力、应变折线图，对装配过程应力、应变进行分析，若出现不合理情况及时调整推入量；
S4、装配过程评估与预测，构建无键螺旋桨非参数贝叶斯模型，对装配结果进行预测优化。
2.根据权利要求1所述的无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，其特征在于，步骤S1中所述的关键参数包括环境温度、桨毂与桨轴的尺寸。
3.根据权利要求1所述的无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1、通过设置的螺旋桨关键参数构建螺旋桨三维模型；
S3.2、将构建的螺旋桨三维模型进行轻量化处理，减少数据节点，生成合适数据面减少数据量；
S3.3、以温度压力一体传感器与位移传感器的数据为输入值，对螺旋桨进行动力学仿真分析，获取螺旋桨整体应力应变图谱；以装配时间为因变量，轴向油压与径向油压为自变量，得到实际装配轴向油压-装配时间、径向油压-装配时间曲线图；
S3.4、根据装配时间与轴向应力应变的分布对装配推入量进行调剂。
4.根据权利要求1所述的无键螺旋桨液压装配过程可视化与推入量智能控制方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
S4.1、构建无键螺旋桨非线性贝叶斯模型：将无键螺旋桨拆分为多个子系统与其下的组件，多个子系统包括液压系统、桨轴系统、液压螺母系统，系统与系统、组件与系统之间进行参数的传递；
S4.2、数据节点的实时更新与状态预测：利用传感器获取的数据与仿真模型中获取到的数据通过高斯滤波进行已知数据节点的实时更新，即当前状态下的数据更新；并进行系统状态的评估与预测；
S4.3、螺旋桨装配系统控制：将系统预测数据返回给物理系统，进行物理系统的装配调剂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116513393A (zh) * 2023-02-09 2023-08-01 合肥倍豪海洋装备技术有限公司 一种螺旋桨无键锥度装配起始零位的确定方法

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