[发明专利]大长径比舰船水润滑轴承分布式动载荷识别装置及方法

说明书

本发明提供了一种大长径比舰船水润滑轴承分布式动载荷识别装置，包括应变信号采集装置、键相信号采集装置、信号调节装置、无线遥测装置、供电模块、信号采集卡、数据分析装置；所述应变信号采集装置包括多组全桥连接的应变片，每组应变片包括在轴段同一截面上周向设置的多个应变片，远程监测模块包括信号采集卡和数据分析仪，所述采集卡通过无线遥测装置将多路应变信号输入信号采集卡中进行信号同步，再传递至数据分析仪进行尾轴承分布式动载荷求解。本发明利用多个应变测试截面的信号求出垂向动态弯矩，构建力学模型来求解尾轴承的分布式动态载荷，有助于技术人员对水润滑尾轴承的状态更精准的了解，预防轴承产生异常噪声、过度磨损等问题。

技术领域

本发明属于旋转机械系统状态感知领域，涉及一种大长径比水润滑轴承分布式动载荷识别方法与装置，尤其是能够应用于船舶推进轴系尾轴承的分布式动载荷识别。

背景技术

舰船水润滑轴承服役状态是影响整个推进轴系动力传输效率的重要因素。舰船水润滑轴承具备大长径比(2:1～4:1)、润滑介质粘度低等特点，使水润滑轴承的承载能力自然弱于传统油润滑轴承。在低速重载的恶劣环境下，尾轴承-轴颈组成的转子系统处于复杂的润滑状态，靠近轴承两端的润滑子区域常处于混合润滑，悬臂端润滑子区域更易产生磨损与摩擦振动。然而，由于螺旋桨的悬臂效应，轴颈中呈挠曲状态，轴颈两端下沉，中部拱起，因此尾轴承中部的润滑子区域常处于动压润滑状，体现大长径比水润滑轴承沿轴向润滑状态分区的特性。尾轴承润滑子区域的承载能力各不相同，掌握其分布式承载特性是反映水润滑轴承运行状态的重要手段，为提高尾轴承状态感知能力和预防尾轴承故障具有重要工程应用价值。

在轴承的动载荷识别方法方面，目前主要有频域法、时域法和基于转轴应变的载荷反演法。时域法利用结构模态参数建立逆向时域模型，根据已知的动响应重构动载荷，但存在对初值非常敏感，误差累积难以避免且计算效率低的缺点。频域法是在频域内构建系统逆向频响函数模型，再通过系统输出识别输入。频域识别方法包括：频响函数直接求逆法和模态坐标变换法。模态坐标变换法需要已知结构模态参数，在模态空间识别载荷的分布特性后，转换到物理空间，该方法对模态参数识别的准确度要求较高，存在因模态截断所带来的误差；频响函数直接求逆法简便，得到广泛应用。但是该方法存在测点和试验工况合理选取、矩阵病态等问题，导致解的不适定性。并且，时域法和频域法的测试步骤复杂，测试设备难以在实船轴系的有限空间内安装，不具备工程实用性。相比前两种方法，基于转轴应变的载荷反演法测试步骤简单，采用间接式测量方法，在转轴上粘贴应变片，测试设备所需空间小，具备在实船上应用的可行性。然而，现有的基于转轴应变的载荷反演法聚焦于求解轴承整体的承载能力，并且大多数模型仅能求解准静态条件下的轴承载荷，针对大长径比水润滑轴承的分布式动载荷的求解方法尚未报道。

发明内容

本发明旨在解决舰船水润滑尾轴承分布式动态载荷识别的难题，引入基于无线遥测的转轴应变测量技术，采用间接式轴承载荷测量方法，从而避免轴承结构的损伤，构建多点支撑水润滑轴承力学模型，提高技术人员对水润滑尾轴承的状态感知能力，预防轴承产生异常噪声、过度磨损等问题的大长径比舰船水润滑轴承分布式动载荷识别装置。

本发明是这样实现的：

本发明提供了一种大长径比舰船水润滑轴承分布式动载荷识别装置，包括应变信号采集装置、键相信号采集装置、信号调节装置、无线遥测装置、供电模块、信号采集卡、数据分析装置；所述应变信号采集装置包括沿测试轴承附近轴段轴向设置的多组全桥连接的应变片，每组应变片包括在轴段同一截面上周向设置的多个应变片，所述信号调节装置对应变信号进行数模转换和抗混叠滤波，供电模块为信号调节装置和无线遥测装置供电；远程监测模块包括信号采集卡和数据分析仪，键相信号与信号采集卡电连接，所述采集卡通过无线遥测装置将多路应变信号输入信号采集卡中进行信号同步，再传递至数据分析仪进行尾轴承分布式动载荷求解。