大型船用柴油机中间轴应力应变测试研究

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 近几年，应变电测法在内燃机和汽车零部件结构强度的研究中得到了广泛应用，例如，可以实测内燃机连杆、曲轴、机体等零部件的静态应力及动态应力；测量汽车各零部件的静应力或随车实测各种零部件的动态应力，分析其结构强度。但是，该方法贴片工艺要求较高；在强磁场或强电场干扰的环境中使用时，必须采用较好的屏蔽措施。

本文采用应变电测法对试航中的低速大型船用柴油机中间轴进行应力应变测试，计算出柴油机的输出功率。

船用发动机轴功率的测试方法

大型船用发动机的轴功率通常是在船舶建造完毕以后，在下水试航中测量的，本文采用了应变电测技术对某29000t散装货轮和14000t散装货轮船用柴油机的轴功率进行了测量。并按试航大纲的要求，在各个工况下利用极小的电阻应变片作为传感器，应用旋转圆轴测扭矩的原理测出了大型船用发动机的输出功率。即测量连接发动机与螺旋桨之间中间轴的扭转应变，再计算扭矩，最后计算出柴油机输出功率。

当船舶在海上航行时，传递扭矩的中间轴处于不断地旋转运动之中，而测试仪器则是静止不动的，因此必须采用一种特殊的装置-集流环，将应变片的引线连接到应变仪上，从而实现用电子仪器测量不断旋转圆轴的扭转应变量。鉴于大型船用发动机的转速低，本文采用拉线式集流环来传送船舶发动机在不同工况下中间轴的扭转应变量。

船用发动机应力应变测试过程

在贴片前，首先将传递扭矩的中间轴表面的锈皮和油漆等全部清除干净，再用油脂棉蘸丙酮擦去轴贴片处的表面油污，然后用纱布将贴片的位置打平磨光，露出光泽的金属表面。并擦净。最后用划针在轴的同一截面上相距180°的两侧划出成垂直的两十字线，将两组电阻应变片用502胶分别贴于垂直的十字线处。一般常温下，使用502胶干固需24h，等应变片干固以后，在其表面上应再贴一层塑料胶纸，以防水浸和油污。然后把两组应变片的8根引线接上高强度漆包线，连接平衡电桥。应注意贴片时，应变片的两引线下面贴一层绝缘纸，以防止被测轴与应变片形成导体。再将平衡桥路的4个结点A 、B 、C、D的引线分别焊接在拉线式集流环的4个铜环上。在布置4个铜质滑环时，同样应在传动轴上先贴一层绝缘胶布，目的是使得铜环与传动轴之间相互绝缘。

测量时将4根由多股银线编制而成的拉线搭接在4个铜环上，拉线与铜质集流环之间的接触部分包角一般应为30°-60°之间，包角不宜太小，太小了接触不良，过大又磨损太快，应适当。将4根拉线一端固定，另一端的4个结点连接到一块绝缘板上，再用导线接至应变仪上。这样，便把贴于传动轴上的两组应变片组成的惠斯顿电桥接入了应变仪。当传动轴受到扭转变形后，应变片的阻值变化传递到应变仪上即可直接读出扭转应变量。

总结

实践证明，应用应变电测技术可测出旋转圆轴的扭矩及动态应力与应变，可测得万吨轮在海上航行中各工况下中间轴的应变量，进而计算出航行中船舶的轴功率。