船舶軸系軸承負(fù)荷自動(dòng)測(cè)量裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

龍 漢 新

（廣州廣船國(guó)際海洋工程有限公司，廣州 511462）

0 引 言

船舶軸系安裝是船舶建造過程或修理過程中的關(guān)鍵工序之一，而軸承負(fù)荷測(cè)量是檢驗(yàn)軸系安裝情況的重要手段之一[1]，軸承負(fù)荷測(cè)量數(shù)據(jù)是否真實(shí)反映軸系安裝狀態(tài)，對(duì)船舶航行安全至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)普遍采用的軸承負(fù)荷測(cè)量方法對(duì)測(cè)量人員要求較高，且會(huì)存在測(cè)量不準(zhǔn)的情況，因此，有必要對(duì)現(xiàn)有測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)易性。本文通過對(duì)現(xiàn)有測(cè)量方法分析[2]，推出一種利用傳感器模塊和數(shù)據(jù)采集處理模塊的新軸承負(fù)荷測(cè)量裝置。

1 現(xiàn)有測(cè)量方法的不足

船舶建造過程中，軸承負(fù)荷的測(cè)量，通常采用在軸承臨近位置用油壓千斤頂將軸慢慢頂舉到一定量后，然后將油壓逐級(jí)泄放，讓千斤頂慢慢下降，通過讀取頂舉和下降過程的千斤頂?shù)挠蛪簤毫Ρ碜x數(shù)和軸被頂升量的百分表讀數(shù)（一般每頂起/下降0.02mm讀取相應(yīng)油壓，或每升高/降低0.02MPa油壓讀取相應(yīng)頂升量），將所讀數(shù)據(jù)一一進(jìn)行記錄，然后將所記錄的壓力值根據(jù)油壓千斤頂?shù)挠行в透酌娣e換算千斤頂在各讀數(shù)點(diǎn)所受的力，再將換算的壓力值與對(duì)應(yīng)的位移值在描圖紙上描點(diǎn)畫線，根據(jù)其所形成的曲線，劃線計(jì)算測(cè)量點(diǎn)負(fù)荷，然后再根據(jù)測(cè)量點(diǎn)負(fù)荷計(jì)算所測(cè)軸承的負(fù)荷，并計(jì)算實(shí)測(cè)負(fù)荷與理論負(fù)荷的偏差。

該法的不便之處在于：1) 測(cè)量讀數(shù)困難，因?yàn)樾枰诿宽斊?下降 0.02mm讀取相對(duì)應(yīng)的油壓千斤頂?shù)膲毫Ρ碜x數(shù)，手動(dòng)泵操作過程難于精確控制各個(gè)讀數(shù)點(diǎn)，此外現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境復(fù)雜，讀數(shù)的誤差會(huì)因人而異，造成所測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，往往需要測(cè)量多次方能測(cè)得所求負(fù)荷；2) 測(cè)量過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)量一次通常需要半小時(shí)，再由人工測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算，通常又需半個(gè)小時(shí)，此外，所測(cè)數(shù)據(jù)需拿回辦公室進(jìn)行計(jì)算，不方便現(xiàn)場(chǎng)判斷所測(cè)軸承負(fù)荷的值是否符合設(shè)計(jì)要求；3) 以往的計(jì)算方法是在描點(diǎn)基礎(chǔ)上手工描繪擬合曲線，存在人為操作誤差，導(dǎo)致最終測(cè)量結(jié)果與實(shí)際負(fù)荷有偏差。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)成

利用現(xiàn)有成熟的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)[3]，應(yīng)用VC++的可視化編程軟件，開發(fā)出一套可供準(zhǔn)確方便測(cè)量軸承負(fù)荷的裝置[4]，該裝置由傳感器模塊將壓力值和位移值轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，然后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊分析處理得到數(shù)據(jù)，并計(jì)算出該軸承的負(fù)荷值。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

3 系統(tǒng)運(yùn)用

1) 按圖1在船上安裝好測(cè)量系統(tǒng)后，打開測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)入測(cè)量程序界面（如圖2所示）。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)用

圖2 測(cè)量程序界面

2) 進(jìn)入系統(tǒng)后，點(diǎn)擊“初始化”按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)配置端口，同時(shí)輸入理論負(fù)荷、修正系數(shù)、油頂面積等參數(shù)，然后點(diǎn)擊“接收數(shù)據(jù)”，并開始啟動(dòng)千斤頂手搖泵，對(duì)傳動(dòng)軸施加頂舉作用力，頂舉過程系統(tǒng)將自動(dòng)記錄千斤頂所承受的壓力和傳動(dòng)軸被頂起的相對(duì)位移，并自動(dòng)描點(diǎn)記錄所測(cè)位移和受力量。當(dāng)上升到最大允許上升高度時(shí)，手搖泵停止施加壓力，同時(shí)打開千斤頂回油閥，讓壓力慢慢下降，系統(tǒng)繼續(xù)自動(dòng)記錄傳動(dòng)軸自由下降過程對(duì)千斤頂所施加的壓力值和軸與安裝狀態(tài)的各相對(duì)位移值，最終完成數(shù)據(jù)采聚（如圖3所示）。

3) 數(shù)據(jù)采集完成后，選取上升和下降有效區(qū)域點(diǎn)，用鼠標(biāo)選取上升曲線中明顯起折點(diǎn)和開始下降點(diǎn)（見圖 4圈選點(diǎn)，將彈出窗口提示該點(diǎn)已選?。?，同理選取下降區(qū)域數(shù)據(jù)的始終點(diǎn)，數(shù)據(jù)選取完成后，系統(tǒng)將運(yùn)用數(shù)據(jù)分析算法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，得出精確的擬合曲線。該擬合曲線是應(yīng)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，在選取上升區(qū)域的第一個(gè)點(diǎn)和第二點(diǎn)后，系統(tǒng)對(duì)第一個(gè)點(diǎn)和第二點(diǎn)區(qū)間的所有點(diǎn)計(jì)算對(duì)比，最后求出一條最接近該區(qū)間所有點(diǎn)的曲線，然后利用該曲線延伸與X軸相關(guān)點(diǎn)求出上升負(fù)荷值。同理選取下降過程中的第一個(gè)點(diǎn)和第二點(diǎn)，求出下降過程軸承負(fù)荷值，最后根據(jù)上升和下降的負(fù)荷值求得平均負(fù)荷值，再與理論負(fù)荷對(duì)比最終自動(dòng)求出測(cè)量值與理論值的偏差，如圖5所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集完成

圖4 選取有效數(shù)據(jù)

由于系統(tǒng)默認(rèn)每秒采集一個(gè)數(shù)據(jù)，若采集時(shí)間較長(zhǎng)，讀取數(shù)據(jù)可能會(huì)比較多，圖表描點(diǎn)會(huì)自動(dòng)縮小，這時(shí)可把鼠標(biāo)移到欲選擇數(shù)據(jù)區(qū)域，按右鍵會(huì)出現(xiàn)一個(gè)彈出窗口，然后選擇放大坐標(biāo)點(diǎn)（如圖 6所示），可重復(fù)此操作直至放大至方便選取數(shù)據(jù)點(diǎn)為止。

圖5 選取數(shù)據(jù)后自動(dòng)計(jì)算

圖6 放大坐標(biāo)點(diǎn)操作

4) 如輔助線與大多數(shù)點(diǎn)偏離，需重新改選數(shù)據(jù)區(qū)域，可點(diǎn)選編輯菜單——清空輔助線（如圖7所示），重新選取上升下降數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行重新計(jì)算。

5) 點(diǎn)擊“打印”菜單，按彈出窗口提示輸入相關(guān)信息和參數(shù)（如圖8所示）。

圖7 清空輔助線

圖8 測(cè)量信息輸入窗口

6) 按圖8輸入完相關(guān)數(shù)據(jù)后點(diǎn)擊保存，將輸出圖9報(bào)表，設(shè)置好打印選項(xiàng)后即可輸出打印。

4 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1) 采用高精度傳感器采集數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)精確，避免了因操作人員不同而讀數(shù)不同、計(jì)算結(jié)果不同的問題，大大提高了船舶建造過程中軸系安裝的精度；

2) 操作簡(jiǎn)單，測(cè)量一次僅需數(shù)分鐘，與現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)相比，大大提高了船舶建造過程軸系安裝的效率。經(jīng)實(shí)船驗(yàn)證，使用該裝置后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量軸承負(fù)荷所需時(shí)間由原先的 4h縮短為 0.5h。同時(shí)當(dāng)測(cè)量結(jié)果不符合技術(shù)要求時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)做出調(diào)整，調(diào)整后重測(cè)可即時(shí)知道調(diào)整后的軸承負(fù)荷情況，如果測(cè)量結(jié)果與理論負(fù)荷偏差為25%，說明此處軸承位置偏高，軸承負(fù)荷偏重，需將其適當(dāng)調(diào)低；反之，如果測(cè)量結(jié)果與理論負(fù)荷偏差為－25%，則說明此處軸承位置偏低，負(fù)荷偏輕，需將此軸承適當(dāng)調(diào)高。由此，將大大縮短負(fù)荷測(cè)量和調(diào)整的時(shí)間，提高了工作效率。負(fù)荷測(cè)量報(bào)驗(yàn)將由原先的2天縮短為半天。

圖9 輸出報(bào)表

5 結(jié) 語

介紹了一種基于傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集和VC++可視化軟件開發(fā)的船舶軸系軸承負(fù)荷測(cè)量技術(shù)，為船舶建造和修理過程中軸系安裝階段的軸承負(fù)荷測(cè)量提供了一種準(zhǔn)確簡(jiǎn)便的測(cè)量方法。經(jīng)過多艘實(shí)船應(yīng)用檢驗(yàn)，深受現(xiàn)場(chǎng)操作人員以及船東船檢的歡迎。

[1] 何國(guó)欽. 軸系軸承負(fù)荷的測(cè)量分析與調(diào)整[J]. 機(jī)電技術(shù)，2008, (2).

[2] 孫衛(wèi)國(guó). RQS汽輪機(jī)軸系對(duì)中自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 北京：華北電力（北京）大學(xué)，2002.

[3] 周 林，殷 俠等. 數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

[4] 龍漢新. 船舶軸系軸承負(fù)荷自動(dòng)測(cè)量裝置：中國(guó)ZL 2009 2 0194116.8[P]. 2010.6.16.