摘 要

螺旋桨在不均匀流场中会产生脉动激振力会引起轴系的纵向振动，这种振动会对船只的正常航行造成不利影响。针对这一问题，本文设计出了一种船舶轴系纵向减振电液控制系统，通过伺服阀与传感器对轴系的纵向位移进行控制，从而达到减振的效果。

本文依照轴系减振的参数要求，设计出了满足要求的回路，并通过计算完成了对元件的选型，最终完成了整个系统的结构设计。此外，本文还借助计算机软件完成了对系统的动态分析，并结合实际情况完成了环境影响与经济性分析。

本文特色在于通过两个并联回路上的电液伺服阀对液压缸的力和位移分别进行控制，其控制精度高，便于监测与控制。整个系统中的阀件多采用板式阀，并通过阀块进行联通，这种布置方式大幅减少了管子与管接头的使用，十分利于系统的安装与维护。

关键词：船舶轴系；闭环控制；电液加载系统

Abstract

Propeller in the uneven flow field will produce pulsating excitation force will cause the vertical vibration of the shaft, this vibration will adversely affect the normal navigation of the vessel. Aiming at this problem, this paper designs a longitudinal vibration damping electro-hydraulic control system for ship shafting, which controls the longitudinal displacement of the shaft system by the servo valve and the sensor, so as to achieve the effect of vibration reduction.

In this thesis, according to the parameters of the vibration reduction system, the circuit is designed to meet the requirements, and the selection of the components is completed by calculation. Finally, the structural design of the whole system is completed. In addition, this paper also uses the computer software to complete the dynamic analysis of the system, combined with the actual situation to complete the environmental impact and economic analysis.

This feature is through the two parallel circuit on the electro-hydraulic servo valve on the hydraulic cylinder of the force and displacement were controlled, the control of high precision, easy to monitor and control. The valve in the whole system is mostly made of plate valve and connected through the valve block. This arrangement greatly reduces the use of pipe and pipe joint, which is very beneficial to the installation and maintenance of the system.

Key Words：Ship shafting; closed-loop control; Electrohydraulic loading system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容及技术路线 2

1.4 本文组织结构 2

第2章 液压系统设计 4

2.1加载部分设计 4

2.2 减振部分设计 5

2.3 液压系统图拟定 5

2.4 本章小结 6

第3章 液压元件设计与选型 7

3.1 系统压力与液压油的选择 7

3.2 加载回路参数计算 7

3.2.1 活塞缸缸筒参数选取 7

3.2.2 活塞杆参数选取 8

3.2.3 缸盖参数选取 9

3.2.4 缸底厚度 10

3.2.5 压力传感器选型 10

3.2.6 力传感器选型 10

3.2.7 伺服阀选型 11

3.3 减振回路参数计算 12

3.3.1 柱塞缸参数计算 12

3.3.2 蓄能器及安全阀组选型 12

3.3.3 位移传感器选型 13

3.4 供油回路参数计算 13

3.4.1 液压泵选型 13

3.4.2 电动机选型 14

3.4.4 电磁溢流阀选型 14

3.4.5 过滤器选型 15

3.5 液压站结构设计 16

3.5.1 油箱设计 16

3.5.2 液压泵站类型选择 17

3.5.3 阀块设计 18

3.6 本章小结 19

第4章 液压系统动态性能分析 20

4.1 加载回路分析与计算 20

4.1.1 加载回路控制原理分析 20

4.1.2 加载回路开环传递函数计算 20

4.1.3 加载回路闭环传递函数计算 23

4.2 减振回路分析与计算 24

4.2.1 减振回路控制原理分析 24

4.2.2 减振回路开环传递函数计算 24

4.2.3 加载回路闭环传递函数计算 27

4.3 本章小结 28

第5章 环境影响与经济性分析 29

5.1环境环境影响分析 29

5.2 经济性分析 29

5.3 本章小结 30

第6章 结论 31

参考文献 32

附录A 33

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分，其主要作用是将船舶主机的功率传递到螺旋桨上，以推动船体航行。船舶轴系运行过程中，会产生振动，其产生原因主要有两个，即由原动机部分传递而来的振动和由螺旋桨部分激振力产生的振动，后者是导致船舶轴系纵振的主要因素^[1]。船舶正常航行时，可视为螺旋桨在不均匀流场中运动，这种运动状态下的旋桨上会产生多种激振力，这些激振力不仅会在螺旋桨叶片上产生恒定的转矩和轴向推力，还会产生脉动的轴向推力和水平、垂直方向的横向推力，这样就可能造成船舶轴系的振动。船舶的轴系振动主要分为扭转振动、纵向振动、回旋振动三种基本形式，其中纵向振动对推进轴系的可靠性产生了很大影响^[2]。

船舶轴系的纵向振动造成的周期性力会引发推力轴承的疲劳损坏；轴系振动造成的二次激励力还会引起机舱构件的局部振动和上层建筑的纵向振动，严重时还可能造成船体高应力区出现裂缝，产生疲劳破坏，从而影响其安全性^[3]。轴系的纵向振动会影响船舶仪表的正常工作，引起其管线及附属设备的损坏，进而危害到整个船只的安全。轴系的纵向振动还有可能传导至推力轴承附近的船体，此时，将会对弹性联轴器的可靠性造成影响，甚至导致其严重磨损或发热烧坏^[4]。振动以及由振动引起的噪声，会造成船员的不适，降低其工作效率；此外，噪声也会影响乘员的舒适性，妨碍正常的生活。若长期处于振动环境中，还会导致肌肉松弛，血压升高，视觉迟钝及各类心理问题。轴系的振动往往伴随着噪声，这对舰艇的隐蔽性危害极大^[5]；船舰的噪声易暴露舰艇的行踪，大幅降低船舰生存能力。