基于熱-電技術(shù)的船用柴油機主軸承磨損監(jiān)測方法研究.pdf

1、作為船舶心臟的船用柴油機,其工作狀態(tài)的好壞直接影響船舶的動力性、經(jīng)濟性和安全性。船用柴油機工作條件惡劣，故障率較高，一旦發(fā)生故障，不僅降低柴油機整體性能，還影響到船舶航行安全。主軸承是船用柴油機關(guān)鍵零部件和易損件,其過度磨損會導(dǎo)致曲軸撓曲變形、抱熔折斷等惡性事故,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)瑞典國際船舶保險公司對船舶理賠事故的統(tǒng)計（2005年-2011年）：船用主柴油機主軸承故障位列船用低速柴油機最常見零部件故障率的第四位（占5.3％），平均

2、每次賠付額942,070美元。因此，船用柴油機主軸承磨損狀態(tài)的在線監(jiān)測研究具有十分重要意義，工程應(yīng)用價值高。
　　本文在分析國內(nèi)外船用柴油機主軸承磨損在線監(jiān)測技術(shù)基礎(chǔ)上，開展了基于熱-電技術(shù)的柴油機主軸承磨損監(jiān)測方法研究。研究采用理論計算分析與試驗相結(jié)合研究路線，通過研究揭示柴油機主軸承磨損生熱產(chǎn)生溫度升高與熱電勢的變化規(guī)律，開發(fā)主軸承磨損-溫升-電勢測量系統(tǒng)，進(jìn)行柴油機主軸承磨損的故障模擬試驗，以建立主軸承磨損量與熱電信號特征的

3、變化規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下：
　　1、闡述了熱電效應(yīng)的基本理論，推導(dǎo)了兩種不同導(dǎo)體間熱電勢計算公式，分析了閉合導(dǎo)體回路熱電勢的產(chǎn)生機理。搭建了單轉(zhuǎn)子滑動軸承試驗臺，設(shè)計了熱電信號測量的放大電路，進(jìn)行了滑動軸承與轉(zhuǎn)軸熱電效應(yīng)的試驗分析，驗證了微弱熱電信號的可測性。完成了轉(zhuǎn)軸跟滑動軸承的摩擦試驗，分析了轉(zhuǎn)軸跟滑動軸承摩擦產(chǎn)生的熱電效應(yīng)，得出了轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速越高，滑動軸承與轉(zhuǎn)軸的摩擦強度越大，熱電效應(yīng)越明顯，熱電信號幅值越大。分析了熱-電法

4、監(jiān)測柴油機主軸承磨損的機理與實施過程。
　　2.從多體動力學(xué)和模態(tài)縮減基本原理出發(fā)，分析了曲軸軸系多彈性體系統(tǒng)動力學(xué)，建立了柴油機曲軸軸系的有限元模型，采用模態(tài)縮減方法進(jìn)行了有限元模型自由度的縮減，用曲軸模態(tài)試驗驗證了模態(tài)縮減的有效性和正確性；建立了柴油機主軸承摩擦功耗的計算模型和主軸承座二維多體動力學(xué)模型，通過輸入模型軸系全局參數(shù)、加載氣缸壓力、定義體單元、連接單元和相關(guān)耦合關(guān)系，得到了柴油機曲軸-主軸承多體動力學(xué)三維模型。

5、r>　　3.完成了柴油機曲軸軸系多體動力學(xué)潤滑分析，研究了柴油機不同工況、不同軸承磨損狀態(tài)主軸承受力、瞬時摩擦功耗和軸心軌跡等變化。計算結(jié)果表明：①柴油機第3檔主軸承負(fù)荷在第2缸發(fā)火和第3缸發(fā)火附近出現(xiàn)峰值；②隨柴油機負(fù)荷和主軸承磨損的增加，主軸承載荷亦隨之增大；③柴油機主軸承摩擦功耗對應(yīng)于不同的摩擦強度等級，隨柴油機轉(zhuǎn)速增加，其摩擦功耗下降。隨柴油機負(fù)荷增加，摩擦功耗先增加后減小；④主軸承嚴(yán)重磨損時，瞬時摩擦功耗在氣缸發(fā)火對應(yīng)的曲柄角

6、度急劇增加；隨柴油機轉(zhuǎn)速和主軸承磨損的增大，其軸心運動范圍逐漸擴大；隨柴油機負(fù)荷增加，軸承軸心軌跡運動范圍逐漸變小。
　　4.完成了小型柴油機主軸承磨損試驗研究，研究發(fā)現(xiàn)：①柴油機轉(zhuǎn)速增加，軸心軌跡運動范圍不斷變大；柴油機負(fù)荷增加，軸心軌跡運動范圍不斷變小。主軸承磨損量增加，軸心軌跡運動范圍逐漸變大。②柴油機主軸承摩擦功耗大小與熱電信號幅值的變化趨勢基本相同。在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，柴油機轉(zhuǎn)速升高，熱電信號呈下降趨勢；柴油機負(fù)荷增加時，

7、熱電信號幅值先增大后減??；主軸承磨損量增大時，熱電信號幅值逐漸變大；主軸承嚴(yán)重磨損時，熱電信號幅值顯著增大，熱電信號具有對柴油機主軸承磨損狀態(tài)的可監(jiān)測性；③在柴油機負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和主軸承磨損量不變時，熱電信號峰值指向故障主軸承所在氣缸的發(fā)火點，可根據(jù)柴油機發(fā)火順序確定磨損主軸承的位置，熱電信號監(jiān)測主軸承磨損狀態(tài)具有可定位性。④柴油機主軸承運行中存在干摩擦、邊界潤滑與正常潤滑狀態(tài)，干摩擦?xí)r熱電信號峰值大于邊界潤滑，熱電信號峰值與主軸承磨損程度