基于labview的船舶推進(jìn)軸系扭振計算軟件開發(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平臺上開發(fā)了整個扭振計算系統(tǒng)，計算模型采用常用的線性集總參數(shù)模型，自由振動計算采用基于矩陣運(yùn)算的解析法，強(qiáng)迫振動計算采用放大系數(shù)法，軟件測試結(jié)果表明，計算方法正確，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)軸系扭振計算和校核的需要。關(guān)鍵詞LabVIEW船舶推進(jìn)軸系扭振計算軟件開發(fā)1引言柴油機(jī)軸系是一個復(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，會激起系統(tǒng)的強(qiáng)迫

2、振動。當(dāng)系統(tǒng)的干擾力矩的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，扭振振幅將會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，一般在船舶出廠時的系泊、航行試驗(yàn)中不會表現(xiàn)出來，通常在船舶的營運(yùn)中發(fā)生軸系損壞等事故。為了保證船舶在建造出廠時不會發(fā)生軸系扭振事故，我國鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范及海船建造規(guī)范都對船舶推進(jìn)軸系扭振計算提出了相關(guān)規(guī)定，要求船舶設(shè)計圖紙在送審時提交軸系扭振計算書。隨著計算機(jī)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，通過應(yīng)用某種計算機(jī)語言編制的扭振計算程序?qū)Υ巴七M(jìn)軸系進(jìn)行扭振計算和校核，極大地減少了軸系扭振計

3、算的時間，同時又可以提高計算的精度和靈活性。目前，利用各種語言編制的船舶推進(jìn)軸系扭振計算程序較多，但大多自由振動計算用傳[2]統(tǒng)的Holzer表法，響應(yīng)計算采用放大系數(shù)法，亦有采用傳遞矩陣法對復(fù)雜軸系進(jìn)行計算的。由于Holzer表法在自由振動計算時因試算頻率和計算步長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)計算，雖然在復(fù)雜軸系扭振計算方面存在不足，但在小阻尼情況下共振計算具有較好的連續(xù)性，并且方法簡單，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)軸系扭振計算軟件，其中自由振動計算采用解析法，響應(yīng)計算采用放大系數(shù)法，很好地滿足了我區(qū)船舶推進(jìn)軸系扭振計算的需要。2軸系扭振計算模型的簡化船舶軸系扭振計算的第一步就是按照一定原則將實(shí)際復(fù)雜軸系轉(zhuǎn)換為一個可以進(jìn)行數(shù)值計算的當(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)動慣量的軸段所組成的當(dāng)量系統(tǒng)

5、。模型具體簡化方法如下：（1）柴油機(jī)每一氣缸的運(yùn)動部件簡化為一個集中質(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。對于多列式柴油機(jī)，則將同一排上各缸的運(yùn)動部件合并為一個集中質(zhì)量。（2）飛輪、推力盤、螺旋槳都作為絕對剛體簡化為一個集中質(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和從動部件分別簡化為集中質(zhì)量。硅油減振器簡化為一集中質(zhì)量，其轉(zhuǎn)動慣量等于殼體轉(zhuǎn)動慣

6、量與二分之一慣性輪轉(zhuǎn)動慣量之和。（6）對于具有離合、減速和換向功能的齒輪箱軸系，一般應(yīng)根據(jù)齒輪箱的傳動示意圖進(jìn)行當(dāng)量轉(zhuǎn)換，其中主、從動齒輪分別布置為兩個集中質(zhì)量，其間置以一個剛度很大的當(dāng)量軸段，從動部分的軸系當(dāng)量參數(shù)應(yīng)考慮傳動比的關(guān)系，同時應(yīng)考慮換向傳動部件的分支處理。下圖是一艘5000總噸沿海航行船舶的軸系布置簡圖和當(dāng)量系統(tǒng)簡圖。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)動軸系帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，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。按以上簡化方法，將八缸柴油機(jī)簡化為八個集中質(zhì)量，飛輪簡化為一個集中質(zhì)量，彈性聯(lián)軸器簡化為兩個集中質(zhì)量

7、，主動部分與飛輪合并為一個集中質(zhì)量，從動部分與齒輪箱輸入軸帶法蘭轉(zhuǎn)動慣量合并為一個轉(zhuǎn)動慣量，齒輪箱簡化為四個集中質(zhì)量，其中從動部分轉(zhuǎn)動慣量和剛度要進(jìn)行傳動比的轉(zhuǎn)換，編號14是中間軸連接法蘭結(jié)合面集中質(zhì)量點(diǎn)，編號15是螺旋槳軸連接法蘭結(jié)合面集中質(zhì)量點(diǎn)，螺旋槳簡化為一個集中質(zhì)量，編號17和18是減速箱反轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量作為分支處理。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，是目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言，特別適合于測量和控制