船舶轴系轴承负荷自动测量装置设计及应用

龙 汉 新

（广州广船国际海洋工程有限公司，广州 511462）

0 引 言

船舶轴系安装是船舶建造过程或修理过程中的关键工序之一，而轴承负荷测量是检验轴系安装情况的重要手段之一[1]，轴承负荷测量数据是否真实反映轴系安装状态，对船舶航行安全至关重要。目前国内普遍采用的轴承负荷测量方法对测量人员要求较高，且会存在测量不准的情况，因此，有必要对现有测量方法进行改进，以提高测量的准确性和简易性。本文通过对现有测量方法分析[2]，推出一种利用传感器模块和数据采集处理模块的新轴承负荷测量装置。

1 现有测量方法的不足

船舶建造过程中，轴承负荷的测量，通常采用在轴承临近位置用油压千斤顶将轴慢慢顶举到一定量后，然后将油压逐级泄放，让千斤顶慢慢下降，通过读取顶举和下降过程的千斤顶的油压压力表读数和轴被顶升量的百分表读数（一般每顶起/下降0.02mm读取相应油压，或每升高/降低0.02MPa油压读取相应顶升量），将所读数据一一进行记录，然后将所记录的压力值根据油压千斤顶的有效油缸面积换算千斤顶在各读数点所受的力，再将换算的压力值与对应的位移值在描图纸上描点画线，根据其所形成的曲线，划线计算测量点负荷，然后再根据测量点负荷计算所测轴承的负荷，并计算实测负荷与理论负荷的偏差。

该法的不便之处在于：1) 测量读数困难，因为需要在每顶起/下降 0.02mm读取相对应的油压千斤顶的压力表读数，手动泵操作过程难于精确控制各个读数点，此外现场工作环境复杂，读数的误差会因人而异，造成所测量数据不准确，往往需要测量多次方能测得所求负荷；2) 测量过程费时费力，测量一次通常需要半小时，再由人工测量数据进行数据处理计算，通常又需半个小时，此外，所测数据需拿回办公室进行计算，不方便现场判断所测轴承负荷的值是否符合设计要求；3) 以往的计算方法是在描点基础上手工描绘拟合曲线，存在人为操作误差，导致最终测量结果与实际负荷有偏差。

2 系统设计和构成

利用现有成熟的传感器技术和数据采集技术[3]，应用VC++的可视化编程软件，开发出一套可供准确方便测量轴承负荷的装置[4]，该装置由传感器模块将压力值和位移值转换为模拟电信号，然后通过数据转换模块将数据转换为数字信号，经数据处理模块分析处理得到数据，并计算出该轴承的负荷值。系统构成如图1所示。

3 系统运用

1) 按图1在船上安装好测量系统后，打开测量系统，进入测量程序界面（如图2所示）。

图1 系统运用

图2 测量程序界面

2) 进入系统后，点击“初始化”按钮，系统将自动配置端口，同时输入理论负荷、修正系数、油顶面积等参数，然后点击“接收数据”，并开始启动千斤顶手摇泵，对传动轴施加顶举作用力，顶举过程系统将自动记录千斤顶所承受的压力和传动轴被顶起的相对位移，并自动描点记录所测位移和受力量。当上升到最大允许上升高度时，手摇泵停止施加压力，同时打开千斤顶回油阀，让压力慢慢下降，系统继续自动记录传动轴自由下降过程对千斤顶所施加的压力值和轴与安装状态的各相对位移值，最终完成数据采聚（如图3所示）。

3) 数据采集完成后，选取上升和下降有效区域点，用鼠标选取上升曲线中明显起折点和开始下降点（见图 4圈选点，将弹出窗口提示该点已选取），同理选取下降区域数据的始终点，数据选取完成后，系统将运用数据分析算法对采集的数据进行自动计算，得出精确的拟合曲线。该拟合曲线是应用数学统计方法，在选取上升区域的第一个点和第二点后，系统对第一个点和第二点区间的所有点计算对比，最后求出一条最接近该区间所有点的曲线，然后利用该曲线延伸与X轴相关点求出上升负荷值。同理选取下降过程中的第一个点和第二点，求出下降过程轴承负荷值，最后根据上升和下降的负荷值求得平均负荷值，再与理论负荷对比最终自动求出测量值与理论值的偏差，如图5所示。

图3 数据采集完成

图4 选取有效数据

由于系统默认每秒采集一个数据，若采集时间较长，读取数据可能会比较多，图表描点会自动缩小，这时可把鼠标移到欲选择数据区域，按右键会出现一个弹出窗口，然后选择放大坐标点（如图 6所示），可重复此操作直至放大至方便选取数据点为止。

图5 选取数据后自动计算

图6 放大坐标点操作

4) 如辅助线与大多数点偏离，需重新改选数据区域，可点选编辑菜单——清空辅助线（如图7所示），重新选取上升下降数据区域进行重新计算。

5) 点击“打印”菜单，按弹出窗口提示输入相关信息和参数（如图8所示）。

图7 清空辅助线

图8 测量信息输入窗口

6) 按图8输入完相关数据后点击保存，将输出图9报表，设置好打印选项后即可输出打印。

4 系统优点

1) 采用高精度传感器采集数据，测量数据精确，避免了因操作人员不同而读数不同、计算结果不同的问题，大大提高了船舶建造过程中轴系安装的精度；

2) 操作简单，测量一次仅需数分钟，与现有的测量技术相比，大大提高了船舶建造过程轴系安装的效率。经实船验证，使用该装置后，现场测量轴承负荷所需时间由原先的 4h缩短为 0.5h。同时当测量结果不符合技术要求时，可在现场做出调整，调整后重测可即时知道调整后的轴承负荷情况，如果测量结果与理论负荷偏差为25%，说明此处轴承位置偏高，轴承负荷偏重，需将其适当调低；反之，如果测量结果与理论负荷偏差为－25%，则说明此处轴承位置偏低，负荷偏轻，需将此轴承适当调高。由此，将大大缩短负荷测量和调整的时间，提高了工作效率。负荷测量报验将由原先的2天缩短为半天。

图9 输出报表

5 结 语

介绍了一种基于传感器技术、数据采集和VC++可视化软件开发的船舶轴系轴承负荷测量技术，为船舶建造和修理过程中轴系安装阶段的轴承负荷测量提供了一种准确简便的测量方法。经过多艘实船应用检验，深受现场操作人员以及船东船检的欢迎。

[1] 何国钦. 轴系轴承负荷的测量分析与调整[J]. 机电技术，2008, (2).

[2] 孙卫国. RQS汽轮机轴系对中自动检测系统的研究与开发[D]. 北京：华北电力（北京）大学，2002.

[3] 周 林，殷 侠等. 数据采集与分析技术[M]. 西安电子科技大学出版社，2005.

[4] 龙汉新. 船舶轴系轴承负荷自动测量装置：中国ZL 2009 2 0194116.8[P]. 2010.6.16.