[发明专利]具有主动控制分离功能的水润滑轴承系统及其使用方法

说明书

本发明涉及水润滑橡胶轴承摩擦磨损技术领域，涉及一种具有主动控制分离功能的水润滑轴承系统，主体结构包括艉轴系统及其安装在艉轴系统上的主动控制系统，主动控制系统包括执行单元，执行单元包括分水器，分水器位于水润滑橡胶轴承的一侧，分水器的内壁设置4个出水口，每个出水口对应1个嵌套机构，每个嵌套机构能够控制对应的出水口的水流量和压力，对艉轴施加方向和大小可控的液体水膜力，利用分水器和艉轴之间的液体水膜力推动艉轴使其脱离摩擦接触部位；克服了当前只能优化轴承材质、被动承受摩擦、无法从根本上减轻摩擦的技术缺点，能够减轻轴承磨损，显著提高轴承使用寿命，应用于船舶等海工装备的高寿命轴承系统使用。

技术领域：

本发明涉及水润滑橡胶轴承摩擦磨损技术领域，涉及一种具有主动控制分离功能的水润滑轴承系统，能够快速分离两摩擦副、减轻轴承磨损、延长轴承使用寿命。

背景技术：

目前，国内大部分船只的螺旋桨还都采用油润滑轴承作为支承部件。而油润滑轴承在运行过程中存在着油泄露，这会严重污染水环境。水润滑轴承的出现可以彻底解决船舶轴承油泄露污染环境的问题，同时舰艇装载水润滑轴承可以降低被动声呐的控制范围，提高舰艇隐藏、生存能力。相对于油润滑轴承，以水作为润滑介质的水润滑轴承具有使用成本低、环境友好、结构简单、阻燃性好、冷却效果好等特点。目前，水润滑轴承已经开始在船舶、水轮机、水泵等设备中使用。

然而，水润滑轴承最内层的轴瓦通常为橡胶、塑料等材质，其硬度显著低于艉轴的金属材质，因此如果突然受到外载荷或者洋流等冲击会使得艉轴和轴承轴瓦发生直接摩擦接触，容易导致轴瓦快速磨损，显著降低水润滑轴承的使用寿命，也会提高船舶等海工装备的使用成本、增加装备的检修频次。目前对于水润滑轴承的磨损问题，大部分研究是从轴瓦材质方面来优化轴承，即提高轴瓦材质的耐磨性来降低轴承的磨损，但这种方法其实并没有从根本上降低艉轴-轴承之间的摩擦，仍然任由摩擦产生、轴瓦仍然承受着摩擦磨损，所以提高材质耐磨性的方法属于一种被动方法，且减摩降磨效果并不理想。因此，设计一套可主动分离艉轴和轴承摩擦部位的系统用于快速分离两摩擦副、减轻轴承磨损、延长轴承使用寿命具有重要的意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有方法只被动提高轴瓦材质耐磨性、不去主动快速分离两摩擦部位的缺点，设计一种可实时感知、研判轴承是否发生剧烈摩擦，并根据摩擦部位主动分离艉轴-水润滑轴承的控制系统。

为了实现上述目的，本发明涉及的一种具有主动控制分离功能的水润滑轴承系统，主体结构包括艉轴系统及其安装在艉轴系统上的主动控制系统，主动控制系统包括执行单元，执行单元包括分水器，分水器位于水润滑轴承的一侧，分水器的内壁设置4个出水口，每个出水口对应1个嵌套机构，每个嵌套机构能够控制对应的出水口的水流量和压力，对艉轴施加方向和大小可控的液体水膜力，利用分水器和艉轴之间的液体水膜力推动艉轴使其脱离摩擦接触部位。

进一步地，所述主动控制系统还包括感知单元和判断单元，感知单元用于测量艉轴轴心的位移，水润滑轴承的摩擦力矩以及水润滑轴承所受的载荷；判断单元用于采集感知单元测量的物理量并计算得出艉轴轴心坐标和水润滑轴承的摩擦系数，判断轴承是否处于正常工作状态，工控机根据轴承状态输出执行信号至分水器的嵌套机构。

进一步地，所述感知单元包括Y向位移传感器、X向位移传感器、转矩转速仪和载荷传感器，Y向位移传感器和X向位移传感器用于实时感知两个传感器与艉轴的y向和x向距离；转矩转速仪用于实时感知水润滑轴承在运行过程的摩擦力矩；载荷传感器用于实时测量水润滑轴承系统所受的载荷；所述判断单元包括数据采集卡和工控机，数据采集卡与感知单元通过信号线连接，数据采集卡将感知单元测量的物理量通过信号线传递给工控机；工控机能够根据实时采集的位移信号、摩擦力矩信号和载荷信号判断轴承是否处于正常工作状态，工控机根据轴承状态输出执行信号至分水器的嵌套机构。

进一步地，所述执行单元还包括液压回路，液压回路用于给分水器供水；液压回路包括水箱、过滤器、液压泵和溢流阀。水箱、过滤器、液压泵和分水器之间依次通过管路连接；液压泵将水从水箱中泵出，过滤器对水箱流出的水进行过滤，再输送到分水器。