基于labview的船舶推进轴系扭振计算软件开发研究

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1、基于LabVIEW的船舶推进轴系扭振计算软件开发研究彭铁华广西港航管理局船检科摘要本软件利用图形化编程语言LabVIEW7.1在windowsXP平台上开发了整个扭振计算系统，计算模型采用常用的线性集总参数模型，自由振动计算采用基于矩阵运算的解析法，强迫振动计算采用放大系数法，软件测试结果表明，计算方法正确，系统稳定可靠，精度高，该软件界面友好直观，操作方便，能满足船舶推进轴系扭振计算和校核的需要。关键词LabVIEW船舶推进轴系扭振计算软件开发1引言柴油机轴系是一个复杂的弹性阻尼系统，在气缸内气体压力以及活塞——连杆机构的往复惯性力等周期性干扰力矩的作用下，会激起系统的强迫

2、振动。当系统的干扰力矩的频率等于系统的固有频率时，扭振振幅将会增大而引起轴系共振现象，强烈的共振可能导致轴系的[1]损坏等安全事故，给船舶营运的安全性和经济性带来极大的影响。由于扭振引起的破坏是疲劳破坏，一般在船舶出厂时的系泊、航行试验中不会表现出来，通常在船舶的营运中发生轴系损坏等事故。为了保证船舶在建造出厂时不会发生轴系扭振事故，我国钢质内河船舶建造规范及海船建造规范都对船舶推进轴系扭振计算提出了相关规定，要求船舶设计图纸在送审时提交轴系扭振计算书。随着计算机技术的推广和应用，通过应用某种计算机语言编制的扭振计算程序对船舶推进轴系进行扭振计算和校核，极大地减少了轴系扭振计

3、算的时间，同时又可以提高计算的精度和灵活性。目前，利用各种语言编制的船舶推进轴系扭振计算程序较多，但大多自由振动计算用传[2]统的Holzer表法，响应计算采用放大系数法，亦有采用传递矩阵法对复杂轴系进行计算的。由于Holzer表法在自由振动计算时因试算频率和计算步长或者修正方法选用不当容易出现漏根等现象，而基于矩阵运算的解析法不需要事先给定试算频率，并可以完全避免漏根现象，而且计算结果与真实值完全吻合；应用放大系数法进行响应计算，虽然在复杂轴系扭振计算方面存在不足，但在小阻尼情况下共振计算具有较好的连续性，并且方法简单，物理意义明确，表述直观，故得到广泛应用。鉴于我区现有船

4、舶的推进轴系基本上是属于直链式或单分支当量系统，轴系结构比较单一和简单，基于以上考虑，采用LabVIEW语言编制了船舶推进轴系扭振计算软件，其中自由振动计算采用解析法，响应计算采用放大系数法，很好地满足了我区船舶推进轴系扭振计算的需要。2轴系扭振计算模型的简化船舶轴系扭振计算的第一步就是按照一定原则将实际复杂轴系转换为一个可以进行数值计算的当量系统，该当量系统的扭振特性应尽可能与其实际轴系一致。目前，船舶轴系扭振计算模型应用最多的是线性集总参数模型，该模型的基本思路是：将轴系转换成只有转动惯量而无弹性的集中质量，和联结这些集中质量的，只有弹性而无转动惯量的轴段所组成的当量系统

5、。模型具体简化方法如下：（1）柴油机每一气缸的运动部件简化为一个集中质量，该集中质量作用在曲轴轴线与气缸中心线的交点上。对于多列式柴油机，则将同一排上各缸的运动部件合并为一个集中质量。（2）飞轮、推力盘、螺旋桨都作为绝对刚体简化为一个集中质量，并集中在各部件重心或几何中心处。（3）一般以每根传动轴的联轴器结合面作为质量集中点，轴段的转动惯量平均分配在相邻质量集中点。（4）每相邻集中质量间的轴段或弹性元件，按照它们刚度大小，加在相邻两集中质量间。（5）弹性联轴器、气胎式离合器、弹性扭振减振器的主动和从动部件分别简化为集中质量。硅油减振器简化为一集中质量，其转动惯量等于壳体转动惯

6、量与二分之一惯性轮转动惯量之和。（6）对于具有离合、减速和换向功能的齿轮箱轴系，一般应根据齿轮箱的传动示意图进行当量转换，其中主、从动齿轮分别布置为两个集中质量，其间置以一个刚度很大的当量轴段，从动部分的轴系当量参数应考虑传动比的关系，同时应考虑换向传动部件的分支处理。下图是一艘5000总吨沿海航行船舶的轴系布置简图和当量系统简图。该轴系基本结构是柴油机通过弹性联轴器和减速箱连接来驱动轴系带动螺旋桨转动，轴系主要部件是柴油机、飞轮、弹性联轴器、减速箱、中间轴、螺旋桨轴、螺旋桨。按以上简化方法，将八缸柴油机简化为八个集中质量，飞轮简化为一个集中质量，弹性联轴器简化为两个集中质量

7、，主动部分与飞轮合并为一个集中质量，从动部分与齿轮箱输入轴带法兰转动惯量合并为一个转动惯量，齿轮箱简化为四个集中质量，其中从动部分转动惯量和刚度要进行传动比的转换，编号14是中间轴连接法兰结合面集中质量点，编号15是螺旋桨轴连接法兰结合面集中质量点，螺旋桨简化为一个集中质量，编号17和18是减速箱反转部分的转动惯量作为分支处理。3图像化编程语言LabVIEW的特点和应用LabVIEW是美国NI公司推出的一种基于“图形”方式的集成化程序开发环境，是目前国际上唯一的编译型图形化编程语言，特别适合于测量和控制