船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种船舶径向轴承静动态载荷识别的标定装置和标定方法，包括：无线遥测装置、键相信号采集装置、配重盘、应变片、加载装置及压力传感器，加载装置可选择对测试轴承进行轴向、径向加载或混合加载模式，选择模拟不平衡力、冲击力与正弦激励三种工况，有丰富的静、动态标定条件，更为真实的模拟船舶服役期内轴承所承受的外界影响。本发明专利技术提出一种在测试数据分析中计入测试系统误差和识别模型误差的标定方法，通过设置等效支点修正系数与应变修正系数，采用循环迭代的方法来提升船舶径向轴承的载荷识别的精度，增强服役期内船舶推进轴系径向轴承在线监测的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置及标定方法
本专利技术涉及用于船舶径向轴承静动态载荷识别的标定装置及标定方法，尤其是涉及船舶推进轴系轴承服役期所承受的动态载荷识别与标定。
技术介绍
目前，随着船运行业的飞速发展，船舶大型化的发展趋势日益凸显。为了满足更大的扭矩传递需求，船舶推进轴系与螺旋桨的直径不断增大，使得轴系设计的额定载荷值相应增加，但是在船舶实际服役期中会有很多不确定性因素会导致推进轴系中各轴承载荷分配的不均衡，对船舶推进轴系造成严重的安全隐患，对服役期船舶推进轴系轴承载荷识别是未来船舶推进轴系制造的发展趋势。近年来，越来越多的研究者采用测量轴系截面应变来计算轴承载荷，此方法操作简便，计算量小，但是由于船舶服役期外界条件变化等原因导致识别精度较差。因此，对船舶径向轴承静动态载荷识别过程中进行标定是提高轴承载荷识别精度的关键技术。针对提高船舶径向轴承静动态载荷识别精度这一问题，提出一种在测试数据分析中计入测试系统误差和识别模型误差的精度增长方法。其原因在于：在船舶径向轴承实际服役期间受到外界条件变化，轴承等效支点位置发生变化，而识别模型默认轴承等效支点为轴承中点，势必影响测试精度；在应变信号传输过程中会受到周围杂波影响等因素，会使测试系统得到的轴承载荷产生明显的误差，因此测试结果的分析中必须计入测试系统误差与识别模型误差。通过对船舶径向轴承静动态载荷的标定，确定等效支点位置与应变修正范围，为船舶轴承在服役期中对轴承载荷进行实时监测奠定基础。在传统船舶径向轴承标定装置中，通常在静态或者准静态条件下，以改变轴承标高、在轮盘上添加质量块和利用液压顶起设备施加载荷来模拟外界因素对轴承载荷识别值的影响，而没有针对船舶推进轴系服役期内受到波浪拍击或装载条件变化产生的冲击力，螺旋桨的水动力，柴油机燃烧产生的气体力和惯性力等不确定性因素进行模拟试验。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置及标定方法，具有精度高、操作简单、计算时间短、模拟工况丰富等优势，特别适合对服役期的船舶推进轴系径向轴承载荷识别方法进行标定。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置，包括：无线遥测装置、键相信号采集装置、应变片、加载装置及第一压力传感器；其中，所述无线遥测装置包括无线发射模块与无线接收模块，所述键相信号采集装置和所述应变片均与对应轴段上的无线发射模块连接，将采集到的数据通过无线发射模块发送至无线接收模块，形成无线数据传输系统；所述加载装置可选择对测试轴承进行径向、轴向加载或者混合加载的模式，选择模拟不平衡力、冲击力和正弦激励三种工况；所述第一压力传感器位于测试轴承与基座之间。在一些可选的实施方案中，所述加载装置由支撑模块及加载模块组成，将加载模块布置在支撑模块的X方向与Y方向上，实现轴线加载与径向加载，且在测试轴承左右两端均布置有加载装置。在一些可选的实施方案中，所述加载模块由压电作动器、过渡器和滚动轴承组成，压电作动器与过渡器通过加载杆板传递加载力，滚动轴承布置在试验轴系的轴颈上，过渡器下方的加载探头与滚动轴承通过螺栓连接。在一些可选的实施方案中，所述过渡器从上至下由加载杆板、蝶形弹簧和第二压力传感器组成，其中，加载杆板上部有加工好的螺纹与压电作动器的底部螺孔配套，以此传递加载力，加载杆板与第二压力传感器之间设有蝶形弹簧，用于缓冲转轴振动而导致压电作动器杆的伸长量变化引起加载力波动的现象，第二压力传感器记录加载装置的实际加载力，过渡器下方设置一个加载探头，中间开有孔，用于连接滚动轴承。在一些可选的实施方案中，所述键相信号采集装置包括电涡流传感器与电镀反光条，其中，电镀反光条粘贴在转轴上，电涡流传感器探头正对电镀反光条位置，电涡流传感器连接无线发射模块。在一些可选的实施方案中，在测试轴承附近轴段选取若干个截面分别布置应变片，各应变片采用全桥布置的方式与无线发射模块连接，且应变片不能在测试轴承的同一侧，应布片布置的位置应与电镀反光条在同一条水平线上。在一些可选的实施方案中，所述无线发射模块的信号接入端口数量大于等于应变信号及键相信号的数量总和，所述无线接收模块能够同步接收多个无线发射模块传输的应变信号和键相信号，并与数据分析仪相连。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置的标定方法，包括：(1)标定试验状态选择，确定进行船舶径向轴承静态标定或是动态标定，若选择静态标定则关闭变频电机；若选择动态标定，则启动变频电机；(2)模拟工况选择，确定施加不平衡力、冲击力或是正弦激励；其中，若选择模拟不平衡力，则不启动加载装置，调整轴系转速，通过配重盘的转动，引起轴系产生不平衡力；若选择模拟冲击力或正弦激励，则向加载装置输入冲击电信号或是正弦电信号，由压电作动器产生对应的加载力；(3)加载模式选择，加载装置可提供X向加载、Y向加载和混合加载，选择一种进行加载；(4)将试验轴系看作变截面连续梁，各轴段自重看作均布载荷，高弹联轴节及加载力视为集中载荷，将测试轴承的等效支点修正系数初始值设置为1，其等效支点计算公式为：LF为轴承等效支点距离轴承右端点的距离，Z为轴承宽度，r为等效支点修正系数；(5)当压力传感器、键相信号和应变信号稳定后，将无线遥测装置收到的各组截面应变信号εi(t)(i＝1,2,3,…)与一组键相信号输入数据分析仪，将测试截面应变修正系数初始值设为1，其应变计算公式为：ε'i(t)＝εi(t)*α，εi(t)(i＝1,2,3,…)为各组截面的应变信号，α为应变修正系数，ε'i(t)为应变修正值；(6)将修正之后的应变信号ε'i(t)(i＝1,2,3,…)与键相信号计算轴系动态弯矩；(7)建立计算分析模型，对各单元列出受力平衡方程和力矩平衡方程，其中。未知数为截面剪力与测试轴承支反力；(8)记录某一时间t1内n个采样点的第一压力传感器的示数，与相应载荷识别值进行误差分析，计算时间t1内的平均误差是否满足设定精度，判别公式如下：A为标定试验设定精度，FR(j)为时间段t1内每一个采样点的第一压力传感器的示数，F(j)为时间段t1内每一个采样点动态载荷识别值；若不满足实际要求计算精度，则返回步骤(4)，调整等效支点修正系数与应变修正系数重新计算，直至满足预设精度要求；(9)满足精度要求后，记录该工况下等效支点修正系数与应变修正系数，作为轴承载荷标定结果。在一些可选的实施方案中，在步骤(6)中，由将修正之后的应变信号ε'i(t)(i＝1,2,3,…)与键相信号计算轴系动态弯矩，其中，M为轴段截面弯矩，E为轴段材料的弹性模量，为轴颈抗弯截面系数，d为截面直径，Iz为轴的横截面对中心轴的惯性矩。在一些可选的实施方案中，在步骤(8)中，由判别t1内的平均误差是否满足设定精度，A为标定试验设定精度，FR(j)为时间段t1内每一个采样点的第一压力传感器的示数，F(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置，其特征在于，包括：无线遥测装置、键相信号采集装置、应变片、加载装置及第一压力传感器；/n其中，所述无线遥测装置包括无线发射模块与无线接收模块，所述键相信号采集装置和所述应变片均与对应轴段上的无线发射模块连接，将采集到的数据通过无线发射模块发送至无线接收模块，形成无线数据传输系统；/n所述加载装置可选择对测试轴承进行径向、轴向加载或者混合加载的模式，选择模拟不平衡力、冲击力和正弦激励三种工况；/n所述第一压力传感器位于测试轴承与基座之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置，其特征在于，包括：无线遥测装置、键相信号采集装置、应变片、加载装置及第一压力传感器；
其中，所述无线遥测装置包括无线发射模块与无线接收模块，所述键相信号采集装置和所述应变片均与对应轴段上的无线发射模块连接，将采集到的数据通过无线发射模块发送至无线接收模块，形成无线数据传输系统；
所述加载装置可选择对测试轴承进行径向、轴向加载或者混合加载的模式，选择模拟不平衡力、冲击力和正弦激励三种工况；
所述第一压力传感器位于测试轴承与基座之间。


2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述加载装置由支撑模块及加载模块组成，将加载模块布置在支撑模块的X方向与Y方向上，实现轴线加载与径向加载，且在测试轴承左右两端均布置有加载装置。


3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述加载模块由压电作动器、过渡器和滚动轴承组成，压电作动器与过渡器通过加载杆板传递加载力，滚动轴承布置在试验轴系的轴颈上，过渡器下方的加载探头与滚动轴承通过螺栓连接。


4.根据权利要求3所述的标定装置，其特征在于，所述过渡器从上至下由加载杆板、蝶形弹簧和第二压力传感器组成，其中，加载杆板上部有加工好的螺纹与压电作动器的底部螺孔配套，以此传递加载力，加载杆板与第二压力传感器之间设有蝶形弹簧，用于缓冲转轴振动而导致压电作动器杆的伸长量变化引起加载力波动的现象，第二压力传感器记录加载装置的实际加载力，过渡器下方设置一个加载探头，中间开有孔，用于连接滚动轴承。


5.根据权利要求1至4任意一项所述的标定装置，其特征在于，所述键相信号采集装置包括电涡流传感器与电镀反光条，其中，电镀反光条粘贴在转轴上，电涡流传感器探头正对电镀反光条位置，电涡流传感器连接无线发射模块。


6.根据权利要求5所述的标定装置，其特征在于，在测试轴承附近轴段选取若干个截面分别布置应变片，各应变片采用全桥布置的方式与无线发射模块连接，且应变片不能在测试轴承的同一侧，应布片布置的位置应与电镀反光条在同一条水平线上。


7.根据权利要求6所述的标定装置，其特征在于，所述无线发射模块的信号接入端口数量大于等于应变信号及键相信号的数量总和，所述无线接收模块能够同步接收多个无线发射模块传输的应变信号和键相信号，并与数据分析仪相连。


8.一种基于权利要求1至7任意一项所述的船舶径向轴承静动载荷识别的标定装置的标定方法，其特征在于，包括：
(1)标定试验状态选择，确定进行船舶径向轴承静态标...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳武，刘祺霖，闫琦隆，金勇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42