船舶推进轴系扭振控制技术

船舶推进轴系扭振控制技术

雷洪涛 122210009 船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分，主要包括主机曲轴知道螺旋桨直接的传动轴及其附件。其主要作用是将发动机发出的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨的推力传给船体，推动船舶航行。在船舶航行过程中船舶轴系会受到多种复杂的载荷作用，使轴系产生相应的振动，轴系的振动可导致柴油机、传动装置故障及机架振动，已经上层建筑的纵向振动，同时也可以导致轴承和尾轴管的磨损，使船舶在航行过程中带来了安全隐患和噪声污染。所以对船舶推进轴系进行轴系扭振控制是十分必要的！

轴系装置之所以产生扭转振动，其内因是轴系本身不仅具有惯性，还有弹性，由此确定了其固有振动特性。其外因则是因为作用在轴系上的周期性变化的激振力矩，该力矩是产生扭振的能量来源，主要激振力矩主要来自1)气缸内气体压力产生的激振力矩；2)往复运动质量产生的惯性力矩；3）螺旋桨、泵等吸收功率部件不能均匀吸收扭矩而产生的激振力矩。当轴系激振的频率与轴系固有频率相同时，就好产生共振现象，当扭振超过轴系所能承受的应力时，轴系将发生断裂。因此，进行轴系扭振分析控制，使其在工作转速范围内不发生过大振幅及过大轴段应力危险共振。

目前已有的轴系振动计算分析主要分为两大类，一类是轴系质量经离散化后集总到许多集中点的集总参数模型，另一类是轴系质量沿轴线连续分布的分布参数模型，集总参数模型是将轴系离散成具有集中转动惯量的圆盘、无质量的弹性轴以及内部阻尼和外部阻尼，故又称周盘模型。周盘模型是轴系扭振计算分析中应用最早的力学模型之一，使用简单，计算方便，但是精度不高，分布参数模型中轴系的质量沿轴线分布，因此比集总参数模型更接近实际，此外，随着有限元方法的应用，框架模型和阶梯轴模型更接近实际模型。对自由振动的计算分析方法有Holzer法、传递矩阵发、解析法；用于强迫振动的计算方法有能量发、放大系数法、传递矩阵法、解析法、有限元法等。通过对船舶轴系进行扭振计算分析，得到抓哟简谐系数、气缸的不均衡负荷，以及分支轴系系统尤其是双机并车轴系、非线性问题、纵扭耦合计算等轴系扭振计算中的

问题进行理论分析，研究各种因素对扭振计算的影响，结合扭振计算设计出实际中处理轴系振动发方法和考量，从而得到相对较为有效的扭振控制方法。

基于以上对轴系振动的计算分析方法，我们对轴系的振动控制技术主要包括两方面：轴系的避振以及轴系的减振。

1.避振技术

如果根据扭振计算以及实测发现，船舶轴系确实存在着较大的扭转振动，就必须采取适当的措施，以便将扭转振动予以回避或者将其消减。轴系的扭转振动避振预防措施有很多种综合归纳为一下两种方法。1）频率调整法；2）减小振能法。由扭转振动特性可知，当激励扭振作用频率与扭转振动系统的某一固有频率相同时，将会发生极其剧烈的动态放大现象，即共振现象，因此要避免这一现象产生的可能，即避开动态放大最严重的工况，使振动系统频率避开轴系固有频率。采取的主要措施有：调整惯量法、调整柔度法等。通过调整，使系统本身的自振频率躲过激振频率，使振动应力降至瞬时许用应力范围之内，这样就避免了因扭转振动过大而对轴系造成损害，这种方法不仅简单可行，而且当达到调整要求后，它的工作将是有效可靠的，但是频率调整法有个缺点就是调整频率的幅度较小，以至于在实际应用中收到限制。减小振能法是通过减小激励扭矩来实现的，激励扭矩是导致扭转振动的动力源，由于激励扭矩输入系统的能量是扭转振动得以维持的源泉，如果能够减小输入系统的振动能量，也就能直接减小扭转振动的量级。方法之一是改变内燃机发火顺序，当在轴系转速范围内，危险的扭转振动是副临界转速时，有可能用此方法来小贱危险的扭转振动，减小危险程度。方法二是改变曲柄的布置，在多缸内燃机中故意选用非等间隔发火，适当选择曲柄转交以改变曲柄布置，可以使任何主、副临界转速中的默写简谐振动相互抵消而避开危险的扭转振动。方法三就是选择最佳的曲柄与功率输出装置相对的位置，使二者的干扰扭矩相互抵消，可消减曲轴的扭转振动。

2.减振器减振技术

在船舶推进轴系装在减振器上课以大大降低振动幅值，扭转振动也可以在他们达到底座之前消除，现在主要的减振器主要有：动力型减振器、主动隔振

减振器、阻尼型减振器、以及动力阻尼型减振器。主动式动力减振器是通过改变减振器的频率来抑制轴系的振动，通常是以干扰力频率为目标主动改变减振器参数，如动力减振器中的弹簧刚度系数或减振器的减振块质量等，都使得减振器始终处于反共振状态，从而达到减振器本身的固有频率跟踪激振频率的目的。主动隔振他擦用附加子系统将振源的结构或系统隔开，以减小结构或者系统的振动。由于气缸压力振动是一种宽频带振源，故目前所研究的主动隔振都是基于双层隔振基础之上的。阻振是利用附加子系统消耗振动能量来达到减振的效果。根据振动控制的基本理论，提高系统的阻尼，对降低系统的共振响应及缩短自由振动衰减的时间具有显著的效果。但采用传统的控制方法所能控制的阻尼量比较小，而采用主动控制方法。主动阻尼控制系统实际上是一个阻尼力做的控制力的反馈系统，一般情况下，阻尼控制矢量是位移响应及其导数函数。在主动阻尼控制系统中，根据一定的控制规律，主动调整阻尼器的参数，或者通过控制系统提供相应的阻尼量，吸收震动能量便可达到抑制振动的目的！

对船舶推进轴系扭振控制步进可以提高轴系能量传递效率，同时也可以避免因振动而产生的相应故障，提高了轴系的安全性和可靠性，同时也可以避免由振动带来的噪声影响，提高人们在船上生活质量。所以，对船舶轴系进行扭振控制是十分必要的！