轴系纵向振动测试分析仪开发毕业论文
2021-07-01 12:07
摘 要
随着船舶行业的不断发展，船用柴油机的功率不断增大，轴系不断增长，人们对于轴系的振动特别是纵向振动的关注度也越来越高。因此，应用虚拟仪器技术开发出一套既准确却又可信的轴系纵向振动测试分析仪来测试船舶纵向振动是否在许用范围内将具有十分重要的意义。
本文是在研究了工程测试技术、LabVIEW实践教程、船舶动力装置以及现代检测技术与测试系统设计的基础上，利用LabVIEW图形编程软件来实现对数字信号的时域和频域分析、波形显示以及数据回放的功能。另外，本文对柴油机在不同工况下的纵向振动数据进行了分析比较。
关键词：纵向振动;测试;硬件
Abstract
With the development of the shipbuilding industry, the power of marine diesel is increasing, and shaft is growing. Hence concern for shafting vibration , particularly longitudinal vibration of propulsion shafting, have also become higher and higher. Therefore, the application of virtual instrument technology to develop a precise and reliable shaft longitudinal vibration analyzer to test whether the vertical vibration of ships is in the required range or not will have very important meaning. this paper is based on the study of engineering test technique, LabVIEW hands on tutorials, ship engines and modern testing technology and test system design, using LabVIEW graphical programming software to achieve the function of time domain and frequency domain analysis, waveform display and data playback of digital signals. In addition, data of longitudinal vibration of diesel engine under different conditions are compared in this paper.
Key Words：longitudinal vibration; measurement；hardware
目录
第1章 绪论 1
1.1 目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 基本内容 2
1.4 技术方案 2
第二章 轴系纵向振动的测量分析方法研究 3
2.1 轴系纵向振动信号的测量原理 3
2.2 电涡流传感器的测量原理 3
2.3 轴系纵向振动信号的分析方法 4
2.3.1 时域分析法 4
2.3.2 频域分析法 5
2.4 本章小结 6
第三章 船舶轴系纵向振动测试分析仪总体设计 7
3.1 测试系统的总体框架设计 7
3.2需求分析和技术指标 7
3.2.1需求分析 7
3.2.2 船舶轴系纵向振动技术指标 8
3.3 轴系纵向振动测试系统硬件设计 8
3.3.1传感器的选型 8
3.3.2 电涡流传感器的静态标定 9
3.3.3电涡流传感器的安装和注意事项 11
3.3.4 数据采集卡的选型 12
3.4轴系纵向振动测试分析仪软件设计 13
3.4.1 软件开发环境 14
3.4.2 程序流程 14
3. 4.3 测试系统的软件介绍 15
3.5 本章小结 19
第四章 轴系纵向振动测试实例 20
4.1本实验的测试目的 20
4.2 本实验测试平台 20
4.3纵振测试系统的基本组成 20
4.4纵振实验的测点布置 20
4.5轴系纵向振动测试的结果 22
4.5.1轴系纵向振动测试结果的分析对比 22
4.6 本章小结 25
第五章 结论与展望 26
5.1结论 26
5.2 展望 26
参考文献 28
致谢 29
第1章 绪论
1.1 目的及意义
首先，船舶轴系指的是从主机输出端推力轴承一直到螺旋桨之间的传动轴以及轴上的附件，是船舶柴油机的重要组成部分。船舶柴油机发火燃烧后的气体力经过连杆传递到柴油机的主轴，然后船舶轴系将船舶柴油机产生的力矩传递给螺旋桨，使螺旋桨运转起来从而推动船舶的运行[1]。
对于大型的船舶，船舶轴系的振动特别是轴系的纵向振动越来越受到人们的关注，一般而言，船舶的体型越大，船舶轴系会越长、靠轴系传递给螺旋桨的力矩也会越大，与此同时随之加大的是船舶轴系在纵向上的振动。船舶轴系的纵向振动会对船舶正常的航行产生一定的危害，比如过大的纵向振动会使船舶柴油机的曲柄产生一定的疲劳从而造成破坏，对于推力轴承而言，在交变的应力和负荷下也会产生相应的疲劳和破坏，影响轴系的使用寿命和船舶的正常运营。如果振动很强烈的话，也会通过船舶的底座和双层底而引起机舱的局部振动和船体的垂直振动以及上层建筑的振动[2]。
因此，应用虚拟仪器技术开发出轴系纵向振动测试分析仪，对柴油机轴系纵向振动情况进行了实时的监测，为判断船舶柴油机是否存在故障、存在什么样的故障和将会发生什么样的故障提供了一定理论依据。同时为更加深入了解故障的机理、故障的预防、诊断和排除提供的可靠理论支持。从而开发出一整套较为完整、针对性较强的测试系统来判断船舶柴油机轴系纵向振动是否在许用范围内，将变得十分有意义。
1.2 国内外研究现状
在国外，对于船舶曲轴纵向振动的研究可以追溯到上个世纪的三十年代末，其中英国学者Poole[3]于1941年发表柴油机曲轴纵向振动的研究论文。由于早期技术和使用的限制，船体一般不大，船舶轴系所传递的扭矩和轴系的长度也得到了限制。因此相比于其他的振动型式，比如扭转振动和回旋振动则显得不是那么突出。随着现代船舶逐渐向大型化和快速化方向发展，船舶柴油机功率增大，扭矩增长，船舶轴系的长度也逐渐增长，随之增大的是船舶轴系纵向振动的剧烈程度[4]。这也是国内外对船舶轴系的纵向振动越发感兴趣的原因。到上世纪六十年代在继续深入开展柴油机轴系纵向振动的理论研究基础上，还进行了实船测量[5]，一直到上世纪的八十年代船舶轴系纵向振动分析理论才逐渐趋于成熟，相比较之下，国内从上世纪九十年才逐渐开始对船舶轴系的纵向振动进行研究，并对纵向振动的控制技术也进行了一定的阐述[6]。
对于船舶轴系纵向振动一般有两种研究方式，一个是实际测量，另一个就是理论计算。到目前为止，国外对船舶纵向振动的理论分析计算采用Holzer 法和能量法或着放大系数法。并都取得了一定的成果。相对比之下，虽然发展比较晚但是国内对船舶轴系纵向振动的理论计算一块也有一定的研究。比如肖齐能和李冰融采用系统矩阵的方法，开发出了能够对船舶轴系纵向振动进行计算的软件。秦春云在建立船舶轴系纵向振动的模型的基础上利用有限元法以及解析法对轴系的纵向振动进行了理论的计算。周瑞等利用传递矩阵法对某型船舶的推进轴系纵向振动进行了计算，同时分析了推力轴承刚度及螺旋桨附水质量对纵振计算结果的影响[7]。
1.3 基本内容
轴系扭转振动、纵向振动、回旋振动是内燃机动力装置运行中引起的振动，当这些振动的频率与系统本身的固有频率相近或者相一致时会产生共振，导致轴系破坏的重大事故，故相关规范规定了轴系振动的检测及许用应力，通过测试来判断该装置的轴系振动是否在许用范围。国内外已有多种轴系振动测试分析仪器，但国外的价格较贵，国产的技术发展较慢，不能适应测试发展的需要。本设计拟应用虚拟仪器技术开发出能适应多种应用的轴系纵向振动测试分析软件，要求能够适应各种传感器和多种测试方法，精度达到国外同等仪器水平，界面友好，操作方便，维护简单。
