CN115824478A - 一种轴系校中外加载荷测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶轴系校中技术领域，公开了一种轴系校中外加载荷测量的方法，步骤1：测量设备确定：分析计算报告中关于外加负载的目的和作用，提出并确定使用测力计测量该负载；步骤2：监测设备选定；步骤3：测量方案设计；步骤4：确定测量系统组成及测量原理，本发明测量方法，测量设备精度高，调节灵活方便，配合应变片实时检测轴的应力状态，实现轴系校中应用中，校中‑测量‑校中的快速调整计算，提高轴系校中的工作效率，避免力变化超出公差要求造成对中GAP/SAG值不准确，导致轴系校中失败，便于后续的分析。

Description

一种轴系校中外加载荷测量的方法

技术领域

本发明涉及船舶轴系校中技术领域，具体为一种轴系校中外加载荷测量的方法。

背景技术

船舶轴系，通常指从主机末端法兰开始到尾轴为止的传动装置。其主要部件有:推力轴及其轴承，中间轴及其轴承，尾轴及其轴承，人字架轴承，尾轴管及密封装置,各轴的联轴节。

船舶轴系是船舶动力装置中的重要组成部分之一，是船舶航行的生命线。轴系工作的好坏将会直接影响船舶的正常航行，并对主机的运转有直接关系。因此，对轴系的安装要有很高的技术要求。这就需要对轴系进行校中。

轴系校中就是按一定的要求和方法，把轴系弄成某种状态，在这种状态下的轴系，其全部轴承上的负荷及各轴段内的应力都处于允许范围之内，从而保证其正常地运转。

26000T自卸船采用电马达作为主推进装置，轴系由艉管轴承、中间轴承、推力轴承支撑，各轴承负荷对于轴承位移变化较敏感，校中数据的公差范围远小于常规船轴系的要求，因此需要在校中过程中精确测量各参数，提高测量精度，以满足轴系校中要求。

轴系计算报告中要求在艉轴法兰处外加14.999±1KN的顶举负载，而且要求在轴系对中期间实时监测该数据。船舶下水后，在艉轴下方外加负载，但艉轴仍在上、左、右三个方向处于自由状态，水流波动对轴系有较大的影响，如果测量不精确将影响轴系对中结果，可能导致轴系校中失败。

因此需要一套测量精度高、可实时显示外加负载的测量设备和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴系校中外加载荷测量的方法，实现测量精度高、可实时显示外加负载的测量设备和方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轴系校中外加载荷测量的方法，包括如下步骤：

步骤1：测量设备确定：分析计算报告中关于外加负载的目的和作用，提出并确定使用测力计测量该负载；

步骤2：监测设备选定：为实现实时监测该负载目的，利用数据线连接测力计和计算机，实现实时显示数据，同时记录、保存校中期间该负载的变化情况，便于数据回看、复盘；选用应变片实时监测轴承负载和校中状态；

步骤3：测量方案设计：按照轴系计算报告确定负载测量点；

步骤4：确定测量系统组成及测量原理：系统由测力计、计算机、顶升油缸、辅助工装、应变片组成，辅助工装将测力计、顶升油缸安装到测量点处，调节顶升油缸高度，油缸顶升力传递给测力计及轴，测力计压力传感器将测力计的压力信号转变成电压信号传递到计算机，在软件中预设置电压-压力系数值，再将电压信号转变成压力，从而显示顶升力；通过应变片检测轴的应力状态，便于后续的轴系校中计算；

步骤5，设计测量辅助工装；设置弧形垫板与轴直接接触，弧形垫板下方用螺栓固定在测力计上方，测力计下方安装到顶升油缸顶部，顶升油缸放置在支座上；

步骤6：测量过程监控；测量系统按照方案安装连接后，计算机显示实时数据，测量时,用顶升油缸将轴慢慢顶起，直到轴与轴承完全脱开，此时轴承上部间隙几乎为零，记录应变片和测力计的数值；

步骤7：如果测力计负载市值在公差范围内，完成测量校中，如果测力计负载示值超出公差范围，立即停止校中工作，根据应变片的数值，重新开始校中工作，重复步骤5和步骤6直至完全满足轴系校中报告要求。

优选的，步骤1中计算报告中，校中计算时，将艉轴、中间轴、推力轴和减速齿轮箱大齿轮轴的自重均作为均布载荷处理；对艉轴浸水或浸油中的部分，应考虑水及油浮力的影响；对浸油的轴段，取其在空气中重量的90％；对浸水的轴段取轴段在空气中重量的87％。

优选的，步骤1中计算报告中，叶轮和螺旋桨重量作为集中载荷处理，当螺旋桨浸水时，应考虑浮力的影响；螺旋桨全部浸入水中时，其重量按如下公式计算：

W_p＝W_o(ρ_p-ρ_o)/ρ_p

式中：W_p—校中计算时的叶轮、螺旋桨重量的数值，单位为N；

W_o—叶轮、螺旋桨在空气中重量的数值，单位为N；

ρ_p—螺旋浆材料的密度的数值，单位为Kg/m³；

ρ_o—海水密度的数值；

优选的，螺旋桨部分浸入水中时，其重量按如下公式计算：

式中：W_ow—螺旋桨浸水部分重量的数值。单位为N；

—螺旋桨未浸水部分重量的数值，单位为N；

优选的，步骤7中重新进行校中计算时，偏移值测量时，用测深千分尺在轴的外圆面的上、下、左、右4个位置上测量,分别用Z_上、Z_下、Z_左、Z_右4个数值来表示，

在垂直平面内相邻轴连接法兰上的偏移值SAG⊥为:

SAG⊥＝(Z_上+Z_下)/2

在水平平面内相邻轴连接法兰上的偏移值SAG-为:

SAG-＝(Z_左+Z_右)/2。

优选的，曲折值测量时,用塞尺分别在相邻轴连接法兰的上、下、左、右4个位置测量两法兰端面之间的间隙,分别用Y_上、Y_下、Y_左、Y_右4个数值来表示，

在垂直平面内相邻轴连接法兰的曲折值GAP⊥为

GAP⊥＝(Y_上-Y_下)/Dmm/m

在水平平面内相邻轴连接法兰的曲折值GAP-为

GAP-＝(Y_左-Y_右)/Dmm/m

式中,D—法兰直径，单位为mm。

优选的，步骤4中应变片在选定的应变测量截面上，在轴的外表面粘贴四个应变片。

优选的，步骤4中弧形垫板顶部和轴外壁相贴合，弧形垫板的圆弧半径和轴外径相同。

优选的，步骤4中支座高度根据现场测量；支座底部到弧形垫板顶面的高度与轴的悬空高度相匹配，使得顶升油缸处于最短状态时，弧形垫板顶面与轴之间有间隙。

优选的，所述应变片为无线应变片，应变信号通过无线传输传递给应变信号接收模块，应变信息接收模块通过连接线与计算机相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中的测量方法应用在建26000T船轴系校中，经过现场应用验证，该套测量系统具备以下优点：

1、采用该套测量方法，测量设备精度高，调节灵活方便，配合应变片实时检测轴的应力状态，实现轴系校中应用中，校中-测量-校中的快速调整计算，提高轴系校中的工作效率。

2、计算机可显示值精确到到“牛顿”(N)，精度远高于公差精度“千牛”(KN)，测量精度更高，更精准；

3、实时读取外加力的变化情况，可及时进行人为干预，避免力变化超出公差要求造成对中GAP/SAG值不准确，导致轴系校中失败；

4、计算机可保存该负载的变化情况，便于后续的分析；实船应用后，总结经验，可在后续船轴系及其他需要进行受力测量的工作中。

附图说明

图1为本发明一种轴系校中外加载荷测量的方法的流程图；

图2为本发明一种轴系校中外加载荷测量的方法的测量设备安装结构示意图；

图3为本发明一种轴系校中外加载荷测量的方法的应变片安装结构示意图。

图中：1-支座；2-顶升油缸；3-测力计；4-弧形垫板；5-轴；6-计算机；R1、R2、R3、R4-应变片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种轴系校中外加载荷测量的方法，包括如下步骤：

步骤1：测量设备确定：分析计算报告中关于外加负载的目的和作用，提出并确定使用测力计3测量该负载；

步骤2：监测设备选定：为实现实时监测该负载目的，利用数据线连接测力计3和计算机6，实现实时显示数据，同时记录、保存校中期间该负载的变化情况，便于数据回看、复盘；选用应变片(R1、R2、R3、R4)实时监测轴承负载和校中状态；

步骤3：测量方案设计：按照轴系计算报告确定负载测量点；

步骤4：确定测量系统组成及测量原理：系统由测力计3、计算机6、顶升油缸2、辅助工装、应变片组成，辅助工装将测力计3、顶升油缸2安装到测量点处，调节顶升油缸高度，油缸顶升力传递给测力计3及轴5，测力计3压力传感器将测力计的压力信号转变成电压信号传递到计算机6，在软件中预设置电压-压力系数值，再将电压信号转变成压力，从而显示顶升力；通过应变片检测轴的应力状态，便于后续的轴系校中计算；

步骤5，设计测量辅助工装；设置弧形垫板4与轴5直接接触，弧形垫板下方用螺栓固定在测力计上方，测力计下方安装到顶升油缸顶部，顶升油缸放置在支座1上；

步骤6：测量过程监控；测量系统按照方案安装连接后，计算机显示实时数据，测量时,用顶升油缸将轴慢慢顶起，直到轴与轴承完全脱开，此时轴承上部间隙几乎为零，记录应变片和测力计的数值；

步骤7：如果测力计负载市值在公差范围内，完成测量校中，如果测力计负载示值超出公差范围，立即停止校中工作，根据应变片的数值，重新开始校中工作，重复步骤5和步骤6直至完全满足轴系校中报告要求。

步骤1中计算报告中，校中计算时，将艉轴、中间轴、推力轴和减速齿轮箱大齿轮轴的自重均作为均布载荷处理；对艉轴浸水或浸油中的部分，应考虑水及油浮力的影响；对浸油的轴段，取其在空气中重量的90％；对浸水的轴段取轴段在空气中重量的87％。

步骤1中计算报告中，叶轮和螺旋桨重量作为集中载荷处理，当螺旋桨浸水时，应考虑浮力的影响；螺旋桨全部浸入水中时，其重量按如下公式计算：

W_p＝W_o(ρ_p-ρ_o)/ρ_p

式中：W_p—校中计算时的叶轮、螺旋桨重量的数值，单位为N；

W_o—叶轮、螺旋桨在空气中重量的数值，单位为N；

ρ_p—螺旋浆材料的密度的数值，单位为Kg/m³；

ρ_o—海水密度的数值；

螺旋桨部分浸入水中时，其重量按如下公式计算：

式中：W_ow—螺旋桨浸水部分重量的数值。单位为N；

—螺旋桨未浸水部分重量的数值，单位为N；

步骤7中重新进行校中计算时，偏移值测量时，用测深千分尺在轴的外圆面的上、下、左、右4个位置上测量,分别用Z_上、Z_下、Z_左、Z_右4个数值来表示，

在垂直平面内相邻轴连接法兰上的偏移值SAG⊥为:

SAG⊥＝(Z_上+Z_下)/2

在水平平面内相邻轴连接法兰上的偏移值SAG-为:

SAG-＝(Z_左+Z_右)/2。

曲折值测量时,用塞尺分别在相邻轴连接法兰的上、下、左、右4个位置测量两法兰端面之间的间隙,分别用Y_上、Y_下、Y_左、Y_右4个数值来表示，在垂直平面内相邻轴连接法兰的曲折值GAP⊥为

GAP⊥＝(Y_上-Y_下)/Dmm/m

在水平平面内相邻轴连接法兰的曲折值GAP-为

GAP-＝(Y_左-Y_右)/Dmm/m

式中,D—法兰直径，单位为mm。

步骤4中应变片在选定的应变测量截面上，在轴的外表面粘贴四个应变片(如图3所示)。应变测量对于测量截面有较高要求。应变测量截面处转轴尺寸无突变、表面无明显缺痕(如刀痕和凹坑等)。否则，表面应力集中将会影响测量精度。

测试时，各测量截面上的同侧粘贴点应处在轴系中轴表面同一母线上。为了减小因应变片的位置误差和粘贴质量带来的测量误差，可用划针在轴颈表面贴片点轻轻划出轴线及轴截面方向，然后严格按粘贴工艺要求贴片。

为了减小因应变片粘结不好所造成的测量误差，必须提高应变片黏贴质量。为了使应变片能够与转轴表面牢固地粘结在一起，使转轴的应变能够准确地传递给应变片，首先必须将转轴表面测点的油漆、锈皮或油污等全部清除，然后用纱布(先粗后细)将转轴表面砂光。砂光时应该沿着与轴线的倾斜或垂直方向，不要与轴线平行。用脱脂棉球蘸丙酮擦拭待贴片部位，直至棉球上不出现黑污为止。清洗完毕后，将502胶均匀涂在贴片处，按划线位置黏贴应变片。应变片黏贴后，应保证应变片输出引线和转轴之间的绝缘电阻在200兆欧以上。

将实际轴系看作放置在刚性铰支上的连续梁，其长度自螺旋桨轴末端面开始，一般至柴油机输出端向前数至第二个气缸前主轴颈端面止(有特殊规定除外)，或齿轮箱大齿轮轴端面止，梁上作用着均布载荷、集中载荷和外加力偶等，边界条件为自由端(有特殊规定除外)。

根据计算需要和轴系的实际结构，将轴系各轴承支承点处、轴上集中载荷作用点处、轴上截面参数有突变处、法兰处、应变测量点处、顶升油缸处及其他指定的轴截面处作为计算截面，并由螺旋桨轴末端向首端顺序编号，计算各截面处的挠度、转角、弯矩和剪力等状态参数。通过应变信号计算轴系校中状态。

步骤4中弧形垫板顶部和轴外壁相贴合，弧形垫板的圆弧半径和轴外径相同。

步骤4中支座高度根据现场测量；支座底部到弧形垫板顶面的高度与轴的悬空高度相匹配，使得顶升油缸处于最短状态时，弧形垫板顶面与轴之间有间隙。

所述应变片为无线应变片，应变信号通过无线传输传递给应变信号接收模块，应变信息接收模块通过连接线与计算机相连接。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：测量设备确定：分析计算报告中关于外加负载的目的和作用，提出并确定使用测力计测量该负载；

步骤2：监测设备选定：为实现实时监测该负载目的，利用数据线连接测力计和计算机，实现实时显示数据，同时记录、保存校中期间该负载的变化情况，便于数据回看、复盘；选用应变片实时监测轴承负载和校中状态；

步骤3：测量方案设计：按照轴系计算报告确定负载测量点；

步骤4：确定测量系统组成及测量原理：系统由测力计、计算机、顶升油缸、辅助工装、应变片组成，辅助工装将测力计、顶升油缸安装到测量点处，调节顶升油缸高度，油缸顶升力传递给测力计及轴，测力计压力传感器将测力计的压力信号转变成电压信号传递到计算机，在软件中预设置电压-压力系数值，再将电压信号转变成压力，从而显示顶升力；通过应变片检测轴的应力状态，便于后续的轴系校中计算；

步骤5，设计测量辅助工装；设置弧形垫板与轴直接接触，弧形垫板下方用螺栓固定在测力计上方，测力计下方安装到顶升油缸顶部，顶升油缸放置在支座上；

步骤6：测量过程监控；测量系统按照方案安装连接后，计算机显示实时数据，测量时,用顶升油缸将轴慢慢顶起，直到轴与轴承完全脱开，此时轴承上部间隙几乎为零，记录应变片和测力计的数值；

步骤7：如果测力计负载市值在公差范围内，完成测量校中，如果测力计负载示值超出公差范围，立即停止校中工作，根据应变片的数值，重新开始校中工作，重复步骤5和步骤6直至完全满足轴系校中报告要求。

2.根据权利要求1所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：步骤1中计算报告中，校中计算时，将艉轴、中间轴、推力轴和减速齿轮箱大齿轮轴的自重均作为均布载荷处理；对艉轴浸水或浸油中的部分，应考虑水及油浮力的影响；对浸油的轴段，取其在空气中重量的90％；对浸水的轴段取轴段在空气中重量的87％。

3.根据权利要求1所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：步骤1中计算报告中，叶轮和螺旋桨重量作为集中载荷处理，当螺旋桨浸水时，应考虑浮力的影响；螺旋桨全部浸入水中时，其重量按如下公式计算：

W_p＝W_o(ρ_p-ρ_o)/ρ_p

式中：W_p—校中计算时的叶轮、螺旋桨重量的数值，单位为N；

W_o—叶轮、螺旋桨在空气中重量的数值，单位为N；

ρ_p—螺旋浆材料的密度的数值，单位为Kg/m³；

ρ_o—海水密度的数值。

4.根据权利要求3所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：螺旋桨部分浸入水中时，其重量按如下公式计算：

式中：W_ow—螺旋桨浸水部分重量的数值。单位为N；

—螺旋桨未浸水部分重量的数值，单位为N。

5.根据权利要求1所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：步骤7中重新进行校中计算时，偏移值测量时，用测深千分尺在轴的外圆面的上、下、左、右4个位置上测量,分别用Z_上、Z_下、Z_左、Z_右4个数值来表示，

在垂直平面内相邻轴连接法兰上的偏移值SAG⊥为:

SAG⊥＝(Z_上+Z_下)/2

在水平平面内相邻轴连接法兰上的偏移值SAG-为:

SAG-＝(Z_左+Z_右)/2。

6.根据权利要求5所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：曲折值测量时,用塞尺分别在相邻轴连接法兰的上、下、左、右4个位置测量两法兰端面之间的间隙,分别用Y_上、Y_下、Y_左、Y_右4个数值来表示，

在垂直平面内相邻轴连接法兰的曲折值GAP⊥为

GAP⊥＝(Y_上-Y_下)/Dmm/m

在水平平面内相邻轴连接法兰的曲折值GAP-为

GAP-＝(Y_左-Y_右)/Dmm/m

式中,D—法兰直径，单位为mm。

7.根据权利要求1所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：步骤4中应变片在选定的应变测量截面上，在轴的外表面粘贴四个应变片。

8.根据权利要求1所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：步骤4中弧形垫板顶部和轴外壁相贴合，弧形垫板的圆弧半径和轴外径相同。

9.根据权利要求1所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：步骤4中支座高度根据现场测量；支座底部到弧形垫板顶面的高度与轴的悬空高度相匹配，使得顶升油缸处于最短状态时，弧形垫板顶面与轴之间有间隙。

10.根据权利要求1所述的一种轴系校中外加载荷测量的方法，其特征在于：所述应变片为无线应变片，应变信号通过无线传输传递给应变信号接收模块，应变信息接收模块通过连接线与计算机相连。

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