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大型船用柴油機(jī)中間軸應(yīng)力應(yīng)變測試研究

近幾年,應(yīng)變電測法在內(nèi)燃機(jī)和汽車零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的研究中得到了廣泛應(yīng)用,例如,可以實(shí)測內(nèi)燃機(jī)連桿、曲軸、機(jī)體等零部件的靜態(tài)應(yīng)力及動(dòng)態(tài)應(yīng)力;測量汽車各零部件的靜應(yīng)力或隨車實(shí)測各種零部件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力,分析其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但是,該方法貼片工藝要求較高;在強(qiáng)磁場或強(qiáng)電場干擾的環(huán)境中使用時(shí),必須采用較好的屏蔽措施。

本文采用應(yīng)變電測法對(duì)試航中的低速大型船用柴油機(jī)中間軸進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測試,計(jì)算出柴油機(jī)的輸出功率。

船用發(fā)動(dòng)機(jī)軸功率的測試方法

大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)的軸功率通常是在船舶建造完畢以后,在下水試航中測量的,本文采用了應(yīng)變電測技術(shù)對(duì)某29000t散裝貨輪和14000t散裝貨輪船用柴油機(jī)的軸功率進(jìn)行了測量。并按試航大綱的要求,在各個(gè)工況下利用極小的電阻應(yīng)變片作為傳感器,應(yīng)用旋轉(zhuǎn)圓軸測扭矩的原理測出了大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。即測量連接發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳之間中間軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變,再計(jì)算扭矩,最后計(jì)算出柴油機(jī)輸出功率。

當(dāng)船舶在海上航行時(shí),傳遞扭矩的中間軸處于不斷地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之中,而測試儀器則是靜止不動(dòng)的,因此必須采用一種特殊的裝置-集流環(huán),將應(yīng)變片的引線連接到應(yīng)變儀上,從而實(shí)現(xiàn)用電子儀器測量不斷旋轉(zhuǎn)圓軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變量。鑒于大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低,本文采用拉線式集流環(huán)來傳送船舶發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下中間軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變量。

船用發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)力應(yīng)變測試過程

在貼片前,首先將傳遞扭矩的中間軸表面的銹皮和油漆等全部清除干凈,再用油脂棉蘸丙酮擦去軸貼片處的表面油污,然后用紗布將貼片的位置打平磨光,露出光澤的金屬表面。并擦凈。最后用劃針在軸的同一截面上相距180°的兩側(cè)劃出成垂直的兩十字線,將兩組電阻應(yīng)變片用502膠分別貼于垂直的十字線處。一般常溫下,使用502膠干固需24h,等應(yīng)變片干固以后,在其表面上應(yīng)再貼一層塑料膠紙,以防水浸和油污。然后把兩組應(yīng)變片的8根引線接上高強(qiáng)度漆包線,連接平衡電橋。應(yīng)注意貼片時(shí),應(yīng)變片的兩引線下面貼一層絕緣紙,以防止被測軸與應(yīng)變片形成導(dǎo)體。再將平衡橋路的4個(gè)結(jié)點(diǎn)A 、B 、C、D的引線分別焊接在拉線式集流環(huán)的4個(gè)銅環(huán)上。在布置4個(gè)銅質(zhì)滑環(huán)時(shí),同樣應(yīng)在傳動(dòng)軸上先貼一層絕緣膠布,目的是使得銅環(huán)與傳動(dòng)軸之間相互絕緣。

測量時(shí)將4根由多股銀線編制而成的拉線搭接在4個(gè)銅環(huán)上,拉線與銅質(zhì)集流環(huán)之間的接觸部分包角一般應(yīng)為30°-60°之間,包角不宜太小,太小了接觸不良,過大又磨損太快,應(yīng)適當(dāng)。將4根拉線一端固定,另一端的4個(gè)結(jié)點(diǎn)連接到一塊絕緣板上,再用導(dǎo)線接至應(yīng)變儀上。這樣,便把貼于傳動(dòng)軸上的兩組應(yīng)變片組成的惠斯頓電橋接入了應(yīng)變儀。當(dāng)傳動(dòng)軸受到扭轉(zhuǎn)變形后,應(yīng)變片的阻值變化傳遞到應(yīng)變儀上即可直接讀出扭轉(zhuǎn)應(yīng)變量。

總結(jié)

實(shí)踐證明,應(yīng)用應(yīng)變電測技術(shù)可測出旋轉(zhuǎn)圓軸的扭矩及動(dòng)態(tài)應(yīng)力與應(yīng)變,可測得萬噸輪在海上航行中各工況下中間軸的應(yīng)變量,進(jìn)而計(jì)算出航行中船舶的軸功率。

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