船舶扭振实验平台的模型分析

柴油机每转一周 ， 激振力所作用 的次数为简谐 次数 ＝ 盟。 简谐次 ４ 结 论 数范围 ：
— —
≤ ≤
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Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ＆Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ＯＬ ＯＧ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ ＯＲ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ
２ ０ １ ３年
第１ １期
船舶扭振实验平台的模型分析
舒海 滨 （ 舟 山航海 学校 ， 浙江 舟 山 ３ １ ６ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 本 文通过对模拟 实验平 台振动模型和检 测原理进行 了 数 学分析 ， 为检测 的选型提供 了基础。 【 关键词 】 扭振 ； 模拟 系统 ； 模型分析； 检 测原理
妒 ＝ Ａ ｓ ｉ ｎ （ 砂 ） ： ２ ｆ Ａ ｎ ｄ ｔ ： ２ ７ 『 ｆ 盟ｄ
（ ５ ）
结振动 自振 圆频率 ； ｅ 、 ｅ ：分别为轴段柔度。
．
模拟 系统双结 固有频 率和单结 固有频率 为 ： ＝
＝
扭振信号的获取是通过转速差 的积分获得的 ． 因此当两个转速相 减的时候 ． 也 有可能抵 消部分 噪声 传统的滤波去噪技术是置一定频 率外的频率成分 为零这会导致部分故障信号的丢失 ． 软件采用小波去 ９ ． ５ ５ ｔ ｏ 噪方法只是置那些小波 系数小 的项为零 ． 可 以避免或者减少故障信号
６ ８ ２ ０ ｍｉ ｎ ， ＝
一９ ＿ ５ ５ ： ４ ８ ６ ｍｉ ｎ 一
。
的丢失 而且基 于小波软阈的去噪技术的优 点是 噪声几乎完全得到抑 制． 且 反应原始信号 的特征尖峰点得到很好的保留 ． 计 算速度 很快 ， 很
适 合 在 线 故 障诊 断
几
２ － ３ 简谐次数
分别为第二振形振幅 ； ｅ ， ｅ 分别为轴段柔度。 选择合适 的检测分析方法是实验平 台成功的重要部分 ． 船舶模拟 ３ 扭 振 检 测 原 理 推 进 装 置 的 数学 模 型是 进 行 后 续 测 试 的 关 键 ２ ． １ 当量 模 型 轴系的两端存在着速度差产 生了轴 系扭振 ． 所 以通过测量轴段两 船舶模 拟推进装置从动力激振源开始 ， 具有 了柴油机 、 法兰 １ 、 齿 端 的相对速度来 获取 扭振信号 。在被 测轴两端安装透射 式光 电传感 轮箱 、 法兰 ２ 、 联轴器和螺旋桨等转动部件 ， 为具有 多个转 动惯 量的多 器， 传感器输出的光电脉冲频率与轴 的转速成正 比。 质量 当量 系统 。由于本实验主要检测为轴系部分 ． 前面部 分不 在研究 假设旋转轴的扭振为一简谐振动． 由于扭振而引起的转速变化为 ： 的范围之 内 ． 为简化分析过程 ． 将 轴系前端法 兰 ２前四个质量部 件合 Ａ ｗ Ｃ ｏ △ 肛 血 并． 可 以简化为三质量系统 ． 如图 １ 所示 ｓ （ ｗｔ 一 （ １ ） ｄ ｔ －－ 若转轴上光 电传感器齿盘的齿数为 Ｚ 轴 以转速 ｎ Ｏ 匀速转动 ． 则 光 电式传感器所产生 的脉 冲重复频率为 ：
∞ ｌ 或 ∞ ２
ｄ￡
：
２ ７ ｒ Ａ ｎ
（ ４ ）
＼ ／ 厂 争 — — ［ 蔫 — — — — — １ — ２ — — — — 了 ‘ Ｉ ｓ ］ ＼ ／ ｝ ［ 箍＋ 嚣ｉ ］ － ＝
＋
，
综合上述各式 ， 可 以得 到 ：
气
Ｉ ＝ ７ １ ４ ． １ （ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ） ； ｔ ｏ ２ ＝ （ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ） 式中： Ｉ 。 、 Ｉ ： 、 Ｉ 分别为三质量转动惯量 ； 。 和（ 【 ， 分别为单结 和双
３ ／ ２
３ ２４
２
２ ４３
１ 模 拟 系统
模拟系统 ． 通过仿造一 个跟实 际船舶 尽量相似 的动力 系统 ． 为研 究提供一个轴系扭振的动态环境 ． 为整个系统提供 了硬件条件 。实验 平 台结构仿照舟沪线某 客轮的推进 系统结 构设计 ．主要包 括动力激 振、 扭矩传递 、 负载调节 、 实验 台基础等 四部分。
０ 引言
在船舶轴系故障情况下 ．严重 的船舶扭振可能损坏柴油主机 ． 导 致 了船舶失去主动力的故障 ． 对运行 的船舶 和人命带来重大危险 。然 而如实船上现场进行扭振测试 ． 在模 拟各类故障时对船舶又有很大 的 ２ ． ４ 振 幅 破坏性 ， 所以一般不在实船上进行扭振实验 。 振 动幅值为 ：
＝
（ ２ ）
Ｉ １为柴 油ห้องสมุดไป่ตู้机 、 法兰 １ 、 齿轮箱 、 法 兰 ２四 部 件 ； Ｉ ２为联 轴 器 ； Ｉ ３为 螺 旋 桨
当轴发生扭振 时． 光 电式传感器产生的脉冲重复频率变为 ：
＝ ＋ △Ｆ ㈩
图 １ 三 质 量 当 量 系 统
其 中 为平均转速 下的光电脉冲频率恒定分量 ， △ ｎ为扭振 引 ２ ． ２ 扭振计算 △ Ｆ为扭振 引起的光 电脉冲频率变化分量 。 三质量 系统 同时进行两种简谐振动 ．两种振动形 式的频率不 同． 起 的转速变化分量 ． 另外 ． 扭 角 ｐ和 △ ｎ的关系应如下式所示 ： 振 动形式相互叠加 。其 自由振动 圆频率 ：
２ 扭 振模 型 及 计 算
Ａ （ １ ， １ ｍ ： ） Ａ ： ” Ａ （ １ ： ， ： Ｉ Ａ ： ” ＝ ［ １ 一 （ ｅ ｔ ， ２ ， １ ＋ ｅ ２ ， ３ ， Ｉ ＋ ｅ ２ ， ３ ， ２ ） ： 。 ＋ ， ， ： １ 。 ］ ： ” Ａ ： ＝ ［ １ 一 （ ｅ ， ， １ ＋ ｅ ２ ， ３ ‘ ＋ ｅ ２ ， ３ ， ２ ） ： ＋ ， ， ： ： ］ 』 ４ ： 式中 ： Ａ 【 】 ） 、 Ａ ” 、 Ａ ” 分 别 为 三 质 量 系 统 第 一 振 形 振 幅； Ａ ｆ ２ ） 、 Ａ 、 Ａ Ｉ