[发明专利]一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估系统及方法

权利要求书

1.一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估系统，其特征在于，包括信号获取装置(1)、PLC控制器(2)和微型计算机(3)，所述信号获取装置(1)由数字式转速测量装置(4)、多个黑白条纹反光条(5)和两个激光位移测量装置(6)组成，所述微型计算机(3)中设有轴系状态辅助判断数字孪生体模块(7)和轴系状态辅助判断软件系统(8)；

其中，所述多个黑白条纹反光条(5)沿周向间隔均匀地粘贴于待测转轴表面，所述数字式转速测量装置(4)通过固定支架设置于所述待测转轴一侧，所述数字式转速测量装置(4)包括感应探头和光电转换器，所述感应探头正对所述黑白条纹反光条(5)，所述感应探头识别所述黑白条纹反光条的反光率变化并将对应的变化时间差信号输出给光电转换器，所述光电转换器用于将所述变化时间差信号转换为转轴的瞬时转速，并发送给PLC控制器(2)；

所述两个激光位移测量装置(6)呈90夹角布置于所述待测转轴一侧，用于获取待测转轴旋转时横向和纵向的位移信号；

所述PLC控制器(2)用于接收和处理所述信号获取装置(1)传输的信号，并将处理结果输出给轴系状态辅助判断软件系统(8)；

所述轴系状态辅助判断数字孪生体模块(7)用于存储待测转轴和滑动支撑轴承的设计参数、仿真计算数据、轴段静态质量、状态判断数字孪生体模型，并将存储数据实时传输给轴系状态辅助判断软件系统(8)；

所述轴系状态辅助判断软件系统(8)用于接收和处理所述PLC控制器(2)和轴系状态辅助判断数字孪生体模块(7)传输的信息，得出滑动支撑轴承(10)的实时载荷，并输出待测转轴(9)的运行状态评估结果。

2.根据权利要求1所述的一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估系统，其特征在于，所述状态判断数字孪生体模型设有自学习模块，所述自学习模块用于将所述评估结果与实际测量数据进行对比验证，并对所述状态判断数字孪生体模型进行修正更新。

3.根据权利要求1所述的一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估系统，其特征在于，所述微型计算机(3)设有配套的用于数据存储、数据显示的物理介质。

4.一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估方法，基于权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1，根据待测转轴和滑动支撑轴承的设计参数、仿真计算数据，建立状态判断数字孪生体模型；

S2，通过数字式转速测量装置获取待测转轴的瞬时转速；

S3，根据所述瞬时转速结合轴段静态质量，获得滑动支撑轴承的动态力；

S4，通过激光位移测量装置获取待测转轴旋转时横向和纵向的位移信号；

S5，根据所述横向和纵向的位移信号结合轴心轨迹计算算法，获得轴心轨迹分布；

S6，根据所述轴心轨迹分布结合滑动支撑轴承的仿真计算数据，获得滑动支撑轴承的静态力；

S7，根据所述动态力和所述静态力结合滑动支撑轴承的设计参数，得出滑动支撑轴承的实时载荷；

S8，将步骤S2～S7中获得的数据与所述状态判断数字孪生体模型相比对，进行待测转轴运行状态评估。

5.根据权利要求4所述的一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估方法，其特征在于步骤S1中，所述设计参数具体包括：待测转轴和滑动支撑轴承的尺寸信息、安装位置信息、工况信息、磨损程度信息。

6.根据权利要求4所述的一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估方法，其特征在于步骤S1中，所述仿真计算数据的获取方式具体为：根据所述设计参数建立待测转轴和滑动支撑轴承的物理模型，并通过有限元分析软件进行力学有限元仿真，获得所述仿真计算数据。

7.根据权利要求4所述的一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估方法，其特征在于步骤S2中，所述瞬时转速的获取方式具体为：通过感应探头测量轴段上粘贴的黑白反光条之间的反射信号时间差，再结合光电转换器换算获得所述瞬时转速。

8.根据权利要求4所述的一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估方法，其特征在于步骤S3中，所述滑动支撑轴承的动态力具体为转轴旋转时的离心力。

9.根据权利要求4所述的一种船舶滑动轴承载荷测试与轴系状态评估方法，其特征在于步骤S5中，所述轴心轨迹计算算法，包括如下步骤：

S51，将待测转轴的横向位移信号和纵向的位移信号合成为整体位移信号；

S52，根据待测转轴的瞬时转速，将所述整体位移信号从等时间间隔信号重采样为等角度间隔信号；

S53，分离所述等角度间隔信号的交流值和直流值，获得未滤波的轨迹图数据；

S54，分阶提取所述等角度间隔信号的幅值和相位，获得已滤波的轨迹图数据；

S55，合并已滤波和未滤波的轨迹图数据；

S56，缓冲信号以显示历史轨迹数据和当前轨迹数据，获得轴心轨迹分布。