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1、基于LabVIEW的船舶推進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模型，自由振動計算采用基于矩陣運算的解析法，強迫振動計算采用放大系數法，軟件測試結果表明，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，能滿足船舶推進軸系扭振計算和校核的需要。關鍵詞LabVIEW船舶推進軸系扭振計算軟件開發(fā)1引言柴油機軸系是一個復雜的彈性阻尼系統(tǒng)，在氣缸內氣體壓力以及活塞——連桿機構的往復慣性力等周期性干擾力矩的作用下，會激起系統(tǒng)的強迫
2、振動。當系統(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象，強烈的共振可能導致軸系的[1]損壞等安全事故，給船舶營運的安全性和經濟性帶來極大的影響。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、航行試驗中不會表現出來，通常在船舶的營運中發(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，我國鋼質內河船舶建造規(guī)范及海船建造規(guī)范都對船舶推進軸系扭振計算提出了相關規(guī)定，要求船舶設計圖紙在送審時提交軸系扭振計算書。隨著計算機技術的推廣和應用，通過應用某種計算機語言編制的扭振計算程序對船舶推進軸系進行扭振計算和校核，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，響應計算采用放大系數法，亦有采用傳遞矩陣法對復雜軸系進行計算的。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容易出現漏根等現象，而基于矩陣運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象，而且計算結果與真實值完全吻合；應用放大系數法進行響應計算，雖然在復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，故得到廣泛應用。鑒于我區(qū)現有船
4、舶的推進軸系基本上是屬于直鏈式或單分支當量系統(tǒng)，軸系結構比較單一和簡單，基于以上考慮，采用LabVIEW語言編制了船舶推進軸系扭振計算軟件，其中自由振動計算采用解析法，響應計算采用放大系數法，很好地滿足了我區(qū)船舶推進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際復雜軸系轉換為一個可以進行數值計算的當量系統(tǒng)，該當量系統(tǒng)的扭振特性應盡可能與其實際軸系一致。目前，船舶軸系扭振計算模型應用最多的是線性集總參數模型，該模型的基本思路是：將軸系轉換成只有轉動慣量而無彈性的集中質量，和聯結這些集中質量的，只有彈性而無轉動慣量的軸段所組成的當量系統(tǒng)
5、。模型具體簡化方法如下：（1）柴油機每一氣缸的運動部件簡化為一個集中質量，該集中質量作用在曲軸軸線與氣缸中心線的交點上。對于多列式柴油機，則將同一排上各缸的運動部件合并為一個集中質量。（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軸器結合面作為質量集中點，軸段的轉動慣量平均分配在相鄰質量集中點。（4）每相鄰集中質量間的軸段或彈性元件，按照它們剛度大小，加在相鄰兩集中質量間。（5）彈性聯軸器、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量。硅油減振器簡化為一集中質量，其轉動慣量等于殼體轉動慣
6、量與二分之一慣性輪轉動慣量之和。（6）對于具有離合、減速和換向功能的齒輪箱軸系，一般應根據齒輪箱的傳動示意圖進行當量轉換，其中主、從動齒輪分別布置為兩個集中質量，其間置以一個剛度很大的當量軸段，從動部分的軸系當量參數應考慮傳動比的關系，同時應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量系統(tǒng)簡圖。該軸系基本結構是柴油機通過彈性聯軸器和減速箱連接來驅動軸系帶動螺旋槳轉動，軸系主要部件是柴油機、飛輪、彈性聯軸器、減速箱、中間軸、螺旋槳軸、螺旋槳。按以上簡化方法，將八缸柴油機簡化為八個集中質量，飛輪簡化為一個集中質量，彈性聯軸器簡化為兩個集中質量
7、，主動部分與飛輪合并為一個集中質量，從動部分與齒輪箱輸入軸帶法蘭轉動慣量合并為一個轉動慣量，齒輪箱簡化為四個集中質量，其中從動部分轉動慣量和剛度要進行傳動比的轉換，編號14是中間軸連接法蘭結合面集中質量點，編號15是螺旋槳軸連接法蘭結合面集中質量點，螺旋槳簡化為一個集中質量，編號17和18是減速箱反轉部分的轉動慣量作為分支處理。3圖像化編程語言LabVIEW的特點和應用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
