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某大型自航耙吸挖泥船轴系振动测试研究_论文

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第 11 卷 第 11 期 2011 年 11 月 中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t Vol . 11 Novembe r No. 11 2011 某大型自航耙吸挖泥船轴系振动测试研究 李江 (江苏海新船务重工有限公司,江苏 南通 2261 00) 摘 要:依据相关规范,对某大型自航耙吸挖泥 船轴系扭转振动、纵向振动、横向振动进行了测试研究,测试结果 表明该船轴系设计、组装以及与机桨匹配的合理性。另外该项测试为今后的相关研究提供的基础和依据。 关键词:扭转振动;纵向振动;横向振动;测试研究 中图分类号:U615. 351. 2 文献标识码:A 文章编号:1006- 7973(2011)11- 0125- 02 螺旋桨的激振 力可以使船舶*嵯挡 生扭转、横向、 纵向振动以及 这些振动形式的藕合。轴系 振动的产生会加大 各相关部件的 应力和磨损,加速部件疲劳 ,造成断裂,影响 船舶正常运行 ,甚至引发安全事故。本文 研究对象是一艘国 内自主研制的 大型自航耙吸挖泥船,该船 的设计准了国际先 进水*,而轮 机系统的设计构思也紧随国 际先进方向,主要 体现在:动力 装置“复合驱动”等先进技 术的应用。作为该 船试航性能测 试的重要组成,本文对该船 的轴系振动进行了 测试研究。 一、测试条件 此次测试研究的依据是根据 GB / T3 47 1- 1 99 5《海船系 泊和航行试验 通则》、《钢质海船入级 规范(20 0 6)》和该挖 泥船航行试验大纲进行。采用的设备主要是 ZDCL-IV 轴系振 动测量分析仪。船舶主要参数如下: 船体总长:1 57 .80 m 型宽:2 7.0 0m 型深:1 0.5 0m 设计吃水(国际干舷):7.5 0m 泥舱名义舱容:1 3,2 80 m 2 航速:1 5.5 kn ot s 主机型:号 8 L4 8/ 60 B 主机额定功率:8 ,93 0k W 主机额定转速:5 14 r / m in 二、轴系扭振测试 导致船舶* 轴系扭转振动的主要因素 有柴油机的间歇 性喷油与燃烧 、输出扭矩的不均匀性齿轮 系统的误差激励和 啮合冲击激励 船舶*嵯挡考陌沧吧 的不对中、材料的 不均匀、加工 的不精确,以及自身质量的 不*衡螺旋桨在船 舰不均匀流场 中旋转产生对轴系的不均匀 的激励。严重的扭 转振动将导致 曲轴与柴油机与轴系的布置 相关、中间轴断裂 弹性联轴器连 接螺栓切断弹性元件碎裂传 动齿轮齿面点蚀和 齿断裂凸轮轴断裂局部轴段发热等等。 1.测试方法与内容 测试时,在主 机飞轮位置布置数齿传感 器,把信号接入 ZDC L- IV 轴系振动测量分析仪,由电脑自动记录数据 。测 试内容分为两 种:螺旋桨合排,变螺距工 作;螺旋桨合排, 零 螺 距 工作 。 在 主 机 转速 范 围 内 ,从 30 0r/ min 至 5 10 r / m in,每间隔 10 r / m in 左右分档测量,电脑记录测试 数据。 2.测试结果及分析 螺旋桨合排,变螺距工作时,在 4 21 .75 r / m in 测到 7 节 3 .5 谐次共振转速。轴系扭转振动测量与计算频率对比如 表 1 所示。 表 1 共振转速、实测频率 节数 谐次 共振 转速 r /m in 实测频率 计算频率 相对误差 测点振幅 l/ min l/ min % ( deg) 6 3.5 42 1.7 5 1476.13 1385.59 6.53 0.0 609 由上表 比较可知,轴系计算频率与 实测频率的相对误差 为 6.5 3%,满足船级社规范要求,故可以根据测点振幅按自 由振动的 Holze r 表 进行推算轴系各部件承受的扭振力矩或 扭应力,计算结果如表 2。 表 2 轴系相关部件扭转应力与扭矩计算表 项目 实 测值 许用 值 曲 轴应 力( N / 2 mm ) 5.96 28 联轴 器扭 矩( N m) 786 20 36000 齿轮箱啮合力矩(Nm ) 螺旋桨轴应力(N/ mm 2) 458 70 8.36 53000 26 0.5 46 螺旋桨合排,零螺距工作时,在 4 15 .2 3r / m in 测到 6 节 3 .5 谐次共振转速。轴系扭转振动测量与计算频率对比如表 3 所 示。 表 3 共振转速、实测频率 节数 谐次 共振转速 实测频率 计算频率 相对误差 测点振幅 r / min l/ min l/ min % (deg) 6 3 .5 41 5.2 3 1453.31 13 85.5 9 4 .89 0.0920 由上表 比较可知,轴系计算频率与 实测频率的相对误差 为 4.8 9%,满足船级社规范要求,故可以根据测点振幅按自 由振动的 Holze r 表 进行推算轴系各部件承受的扭振力矩或 扭应力,计算结果如表 4。 收稿日期:2 01 1- 0 8- 15 作者简介:李 江(1 97 7- ),男,江苏海新船务重工有限公司工程师,研究方向为轮机工程。 126 中 国水 运 第 11 卷 表 4 轴系相关部件扭转应力与扭矩计算表 项目 实测 值 许用 值 曲轴应力(N/ mm2) 3.89 29 联轴 器扭 矩( N . m) 6 8723 3 6000 齿轮箱啮合力矩(N .m) 8 4605 5 3000 螺旋桨轴应力(N / mm2) 8.13 27 三、轴系纵向振动测试 产生船舶* 轴系纵向振动的主要因素 有船尾不均匀伴 流场工作的螺 旋桨作用的较大的交变纵向 激振力推力联合动 力装置速比较 大的齿轮箱中齿轮啮合产生 的轴问激励柴油机 气缸内气体激 振力与柴油机与轴系的布置 相关,对于联合动 力装置来说, 这种激振力比起前两种激励 来说小得多轴系的 扭转振动,特


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