基于軸系扭振信號(hào)的船舶推進(jìn)系統(tǒng)診斷理論與應(yīng)用研究.pdf

1、國(guó)際海運(yùn)是國(guó)際貿(mào)易中最主要的運(yùn)輸方式，遠(yuǎn)洋船舶運(yùn)輸量占國(guó)際貿(mào)易總運(yùn)量中的三分之二以上。船舶推進(jìn)系統(tǒng)是船舶動(dòng)力裝置的重要組成部分，對(duì)船舶的正常航行起著至關(guān)重要的作用。作為其主要組成部分的柴油機(jī)和齒輪箱，其工作狀態(tài)的好壞直接影響船舶的可靠性和生命力。本文作者旨在尋求一種經(jīng)濟(jì)可靠且對(duì)二者都適用的故障診斷方法。在綜合分析國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)和齒輪箱故障診斷技術(shù)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，作者選取基于軸系扭振信號(hào)的故障診斷方法進(jìn)行船舶推進(jìn)系統(tǒng)故障診斷研究，通過(guò)仿

2、真分析得到了相應(yīng)的判據(jù)，以實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)加以試驗(yàn)分析驗(yàn)證，取得的主要研究結(jié)論如下：
　　 (1)針對(duì)船舶推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，基于參數(shù)化特征建模技術(shù)，建立了從柴油機(jī)曲軸連桿機(jī)構(gòu)、齒輪箱、軸系到螺旋槳的船舶推進(jìn)系統(tǒng)參數(shù)化建模平臺(tái)。該建模平臺(tái)各部分既相互獨(dú)立，又可通過(guò)定位坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的集成建模。該集成模型基于UG軟件，采用VC、數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，模型具有廣泛的通用接口，能導(dǎo)入其它分析軟件如ANSYS、MSC系列軟件PATRAN

3、、ADAMS等進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算分析。該建模平臺(tái)簡(jiǎn)化了船舶動(dòng)力裝置研究人員的建模過(guò)程，使之專(zhuān)注于推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能的分析與研究。
　　 (2)以船舶推進(jìn)軸系為研究對(duì)象，分析了傳統(tǒng)推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型的建立方法。推導(dǎo)出基于剛度矩陣單元的齒輪扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模型，該模型解決了實(shí)體模型分析中難以考慮傳動(dòng)比的問(wèn)題。推導(dǎo)出齒輪嚙合耦合振動(dòng)模型，實(shí)現(xiàn)了齒輪箱振動(dòng)中的彎-扭-軸-擺耦合振動(dòng)的綜合分析。采用不同方法對(duì)圓盤(pán)模型的固有頻率進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比分析，揭示

4、了簡(jiǎn)化的當(dāng)量模型計(jì)算結(jié)果與梁模型、實(shí)體建模存在較大偏差，為提高推進(jìn)軸系扭振分析計(jì)算精度提供了有益的思路和方法。分析了船舶軸系扭振對(duì)于主要組成部分剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的敏感性，評(píng)估了其對(duì)固有頻率的影響。
　　 (3)分析了軸系在工作過(guò)程中受到的激勵(lì)源，應(yīng)用軸系扭轉(zhuǎn)響應(yīng)分析中的頻率響應(yīng)分析與瞬態(tài)響應(yīng)分析的基本理論，以10000噸級(jí)江海直達(dá)貨船推進(jìn)系統(tǒng)作為計(jì)算分析模型，針對(duì)柴油機(jī)工作過(guò)程的故障，分析了不同諧次下各個(gè)氣缸故障時(shí)的頻率響應(yīng)振動(dòng)幅

5、值與相位特征。針對(duì)齒輪箱的輪齒故障，提出了故障態(tài)齒輪嚙合剛度算法，基于該算法分析了不同齒輪上輪齒故障時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)特征。此外，考慮柴油機(jī)與齒輪箱均出現(xiàn)故障時(shí)，分析了疊加信號(hào)特性。
　　 (4)分析了氣體激勵(lì)力與往復(fù)慣性力對(duì)柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的影響。提出了基于角振動(dòng)極坐標(biāo)圖作為故障診斷依據(jù)的方法。當(dāng)柴油機(jī)僅受氣體激勵(lì)力時(shí)，仿真得到了柴油機(jī)單缸故障時(shí)的扭振信號(hào)，分析了故障態(tài)下角振動(dòng)極坐標(biāo)圖的特征。將單缸故障拓展到雙缸故障，擴(kuò)大了極坐標(biāo)法的