基于labview的船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算軟件開發(fā)研究

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1、基于LabVIEW的船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算軟件開發(fā)研究彭鐵華廣西港航管理局船檢科摘要本軟件利用圖形化編程語言LabVIEW7.1在windowsXP平臺(tái)上開發(fā)了整個(gè)扭振計(jì)算系統(tǒng)，計(jì)算模型采用常用的線性集總參數(shù)模型，自由振動(dòng)計(jì)算采用基于矩陣運(yùn)算的解析法，強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算采用放大系數(shù)法，軟件測(cè)試結(jié)果表明，計(jì)算方法正確，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，精度高，該軟件界面友好直觀，操作方便，能滿足船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算和校核的需要。關(guān)鍵詞LabVIEW船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算軟件開發(fā)1引言柴油機(jī)軸系是一個(gè)復(fù)雜的彈性阻尼系統(tǒng)，在氣缸內(nèi)氣體壓力以及活塞——連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)慣性力等周期性干擾力矩的作用下，會(huì)激起系統(tǒng)的強(qiáng)迫

2、振動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)的干擾力矩的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，扭振振幅將會(huì)增大而引起軸系共振現(xiàn)象，強(qiáng)烈的共振可能導(dǎo)致軸系的[1]損壞等安全事故，給船舶營(yíng)運(yùn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性帶來極大的影響。由于扭振引起的破壞是疲勞破壞，一般在船舶出廠時(shí)的系泊、航行試驗(yàn)中不會(huì)表現(xiàn)出來，通常在船舶的營(yíng)運(yùn)中發(fā)生軸系損壞等事故。為了保證船舶在建造出廠時(shí)不會(huì)發(fā)生軸系扭振事故，我國(guó)鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范及海船建造規(guī)范都對(duì)船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算提出了相關(guān)規(guī)定，要求船舶設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谒蛯彆r(shí)提交軸系扭振計(jì)算書。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，通過應(yīng)用某種計(jì)算機(jī)語言編制的扭振計(jì)算程序?qū)Υ巴七M(jìn)軸系進(jìn)行扭振計(jì)算和校核，極大地減少了軸系扭振計(jì)

3、算的時(shí)間，同時(shí)又可以提高計(jì)算的精度和靈活性。目前，利用各種語言編制的船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算程序較多，但大多自由振動(dòng)計(jì)算用傳[2]統(tǒng)的Holzer表法，響應(yīng)計(jì)算采用放大系數(shù)法，亦有采用傳遞矩陣法對(duì)復(fù)雜軸系進(jìn)行計(jì)算的。由于Holzer表法在自由振動(dòng)計(jì)算時(shí)因試算頻率和計(jì)算步長(zhǎng)或者修正方法選用不當(dāng)容易出現(xiàn)漏根等現(xiàn)象，而基于矩陣運(yùn)算的解析法不需要事先給定試算頻率，并可以完全避免漏根現(xiàn)象，而且計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值完全吻合；應(yīng)用放大系數(shù)法進(jìn)行響應(yīng)計(jì)算，雖然在復(fù)雜軸系扭振計(jì)算方面存在不足，但在小阻尼情況下共振計(jì)算具有較好的連續(xù)性，并且方法簡(jiǎn)單，物理意義明確，表述直觀，故得到廣泛應(yīng)用。鑒于我區(qū)現(xiàn)有船

4、舶的推進(jìn)軸系基本上是屬于直鏈?zhǔn)交騿畏种М?dāng)量系統(tǒng)，軸系結(jié)構(gòu)比較單一和簡(jiǎn)單，基于以上考慮，采用LabVIEW語言編制了船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算軟件，其中自由振動(dòng)計(jì)算采用解析法，響應(yīng)計(jì)算采用放大系數(shù)法，很好地滿足了我區(qū)船舶推進(jìn)軸系扭振計(jì)算的需要。2軸系扭振計(jì)算模型的簡(jiǎn)化船舶軸系扭振計(jì)算的第一步就是按照一定原則將實(shí)際復(fù)雜軸系轉(zhuǎn)換為一個(gè)可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的當(dāng)量系統(tǒng)，該當(dāng)量系統(tǒng)的扭振特性應(yīng)盡可能與其實(shí)際軸系一致。目前，船舶軸系扭振計(jì)算模型應(yīng)用最多的是線性集總參數(shù)模型，該模型的基本思路是：將軸系轉(zhuǎn)換成只有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而無彈性的集中質(zhì)量，和聯(lián)結(jié)這些集中質(zhì)量的，只有彈性而無轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的軸段所組成的當(dāng)量系統(tǒng)

5、。模型具體簡(jiǎn)化方法如下：（1）柴油機(jī)每一氣缸的運(yùn)動(dòng)部件簡(jiǎn)化為一個(gè)集中質(zhì)量，該集中質(zhì)量作用在曲軸軸線與氣缸中心線的交點(diǎn)上。對(duì)于多列式柴油機(jī)，則將同一排上各缸的運(yùn)動(dòng)部件合并為一個(gè)集中質(zhì)量。（2）飛輪、推力盤、螺旋槳都作為絕對(duì)剛體簡(jiǎn)化為一個(gè)集中質(zhì)量，并集中在各部件重心或幾何中心處。（3）一般以每根傳動(dòng)軸的聯(lián)軸器結(jié)合面作為質(zhì)量集中點(diǎn)，軸段的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平均分配在相鄰質(zhì)量集中點(diǎn)。（4）每相鄰集中質(zhì)量間的軸段或彈性元件，按照它們剛度大小，加在相鄰兩集中質(zhì)量間。（5）彈性聯(lián)軸器、氣胎式離合器、彈性扭振減振器的主動(dòng)和從動(dòng)部件分別簡(jiǎn)化為集中質(zhì)量。硅油減振器簡(jiǎn)化為一集中質(zhì)量，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等于殼體轉(zhuǎn)動(dòng)慣

6、量與二分之一慣性輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和。（6）對(duì)于具有離合、減速和換向功能的齒輪箱軸系，一般應(yīng)根據(jù)齒輪箱的傳動(dòng)示意圖進(jìn)行當(dāng)量轉(zhuǎn)換，其中主、從動(dòng)齒輪分別布置為兩個(gè)集中質(zhì)量，其間置以一個(gè)剛度很大的當(dāng)量軸段，從動(dòng)部分的軸系當(dāng)量參數(shù)應(yīng)考慮傳動(dòng)比的關(guān)系，同時(shí)應(yīng)考慮換向傳動(dòng)部件的分支處理。下圖是一艘5000總噸沿海航行船舶的軸系布置簡(jiǎn)圖和當(dāng)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。該軸系基本結(jié)構(gòu)是柴油機(jī)通過彈性聯(lián)軸器和減速箱連接來驅(qū)動(dòng)軸系帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，軸系主要部件是柴油機(jī)、飛輪、彈性聯(lián)軸器、減速箱、中間軸、螺旋槳軸、螺旋槳。按以上簡(jiǎn)化方法，將八缸柴油機(jī)簡(jiǎn)化為八個(gè)集中質(zhì)量，飛輪簡(jiǎn)化為一個(gè)集中質(zhì)量，彈性聯(lián)軸器簡(jiǎn)化為兩個(gè)集中質(zhì)量

7、，主動(dòng)部分與飛輪合并為一個(gè)集中質(zhì)量，從動(dòng)部分與齒輪箱輸入軸帶法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)慣量合并為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，齒輪箱簡(jiǎn)化為四個(gè)集中質(zhì)量，其中從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剛度要進(jìn)行傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)換，編號(hào)14是中間軸連接法蘭結(jié)合面集中質(zhì)量點(diǎn)，編號(hào)15是螺旋槳軸連接法蘭結(jié)合面集中質(zhì)量點(diǎn)，螺旋槳簡(jiǎn)化為一個(gè)集中質(zhì)量，編號(hào)17和18是減速箱反轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為分支處理。3圖像化編程語言LabVIEW的特點(diǎn)和應(yīng)用LabVIEW是美國(guó)NI公司推出的一種基于“圖形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境，是目前國(guó)際上唯一的編譯型圖形化編程語言，特別適合于測(cè)量和控制