基于多體動力學船舶柴油機推進軸系軸承潤滑研究.pdf

1、船舶柴油機是船舶的主要推進動力裝置,其曲軸飛輪輸出端連接中間軸、艉軸和螺旋槳,構(gòu)成船舶的推進軸系,將主機所產(chǎn)生的機械功傳遞給螺旋槳,推動船舶前進。船舶柴油機推進軸系由若干滑動軸承共同支承,包括曲軸主軸承、支承中間軸的中間軸承和內(nèi)置在艉軸管內(nèi)支承艉軸的前、后艉軸承。推進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和受力復雜,深入分析船舶推進軸系各摩擦副的潤滑性能及其影響因素,對于提高船舶動力裝置經(jīng)濟性及可靠性、優(yōu)化軸系設(shè)計有重要的現(xiàn)實意義。目前大型低速二沖程船舶柴油機推進軸

2、系各軸承潤滑特性的分析和預(yù)測還難于開展有效的實驗研究。本文建立了船舶柴油機推進軸系的多體動力學分析模型,依據(jù)彈性流體動壓潤滑理論,開展了各軸承潤滑特性的計算分析,對各滑動軸承的潤滑特性及其影響因素進行了深入研究。
　　 以MANB&W6S50MC-C二沖程船舶柴油機作推進動力的39000載重噸油輪推進軸系為研究對象,建立了彈性曲軸、中間軸、艉軸以及柴油機各主軸承座、中間軸承座和艉軸承座的三維實體有限元模型?？紤]各彈性體間的動力學

3、耦合作用以及彈性體和潤滑油膜間的流固耦合作用,采用模態(tài)縮減子結(jié)構(gòu)法將有限元模型進行動態(tài)縮減,繼而用縮減得到的模型信息文件構(gòu)建推進軸系軸承潤滑的多體動力學分析模型。
　　 在單純考慮柴油機本身曲軸、活塞連桿機構(gòu),未考慮中間軸系、螺旋槳等部件的影響下,對額定工況下的MANB&W6S50MC-C柴油機主軸承潤滑特性進行仿真研究。計算結(jié)果表明:各主軸承載荷數(shù)值各不相同,潤滑狀況存在較大差異,其中MB2軸承的工作狀態(tài)相對較差。軸承各種參數(shù)

4、和運行工況等對主軸承潤滑特性的影響程度各不相同。單缸熄火時,柴油機需要降速降負荷運行,由于慣性力的影響,各軸承載荷變化并不相同;由于裝配等因素導致軸承座上下偏移,載荷會發(fā)生變化,潤滑狀態(tài)也相應(yīng)改變;在軸承座傾斜情況下,載荷變化不大,但潤滑狀況急劇惡化,高油壓區(qū)偏布于軸承邊緣。
　　 在上述柴油機多體動力學分析模型的基礎(chǔ)上,計入傳動軸系和螺旋槳等的影響,將曲軸、中間軸、艉軸和螺旋槳等包含進來,通過完整的全軸系軸承潤滑計算模型來分析

5、中間軸承和艉軸承的潤滑狀況及其主軸承潤滑狀態(tài)的變化情況。邊界條件更趨于實際情況,可以得出更趨合理和更準確的主軸承、中間軸承和艉軸承的潤滑特性參數(shù)。計算結(jié)果表明:遠離柴油機功率輸出端的主軸承工作狀態(tài)變化不大,距離輸出端越近,主軸承工作狀態(tài)變化越明顯,最后一道主軸承變化情況甚為顯著。對用作船舶主推進動力裝置的柴油機曲軸主軸承進行準確的潤滑分析,必須考慮后端軸系的影響作用。中間軸承沿軸向受力均勻,潤滑狀況良好,工作較為平穩(wěn);由于螺旋槳重力的影

6、響,后艉軸承載荷的邊緣效應(yīng)十分明顯,高油壓區(qū)分布在靠近螺旋槳側(cè)的艉軸承邊緣:隨著螺旋槳運行轉(zhuǎn)速的增大,軸系的橫向振動也增大,軸系滑動軸承的載荷幅值也隨之變化;由于陀螺效應(yīng)的影響,艉軸的傾斜角度逐漸減小,艉軸承潤滑狀況也隨之趨于好轉(zhuǎn)。
　　 綜上所述,本文建立船舶柴油機推進軸系多體動力學計算模型,對滑動軸承潤滑特性參數(shù)進行了數(shù)值分析。該多體動力學分析模型和耦合仿真分析方法為船舶推進軸系軸承潤滑特性的分析和預(yù)測提供了一種有效的研究方