摘 要

船舶在行驶过程中，推进轴系是传递推力、使船舶正常航行的重要部件。在船舶轴系工作过程中，会产生纵向振动，多年来已经成为船舶设计者需要面对的重要问题，使用模拟装置进行轴系纵振的研究是一条有效途径。

本文基于液压传动技术，对船舶轴系纵向减振问题进行简化模拟。通过确定液压回路及元件，设计了轴系纵振模拟装置，并设计伺服回路进行对负载和位移的闭环控制。借助MATLAB软件对两个伺服回路进行稳定性计算，计算结果满足性能要求，并根据要求进行节能环保和经济分析，对装置进一步优化。

研究表明，该模拟装置是进行船舶轴系纵振的测试、诊断等研究的有效工具，对节约轴系纵振的研究费用具有重要意义。

关键词：；船舶轴系；液压伺服；模拟装置

Abstract

During the course of the ship, the propulsion shaft is an important part of transmitting the thrust and making the ship a normal sailing. In the process of ship shafting, it will produce longitudinal vibration, which has become an important problem faced by ship designers for many years. It is an effective way to use the simulation device to study the vertical vibration of the shaft.

In this paper, based on the hydraulic transmission technology, the ship shaft longitudinal vibration problem to simplify the simulation. By determining the hydraulic circuit and components, the vertical vibration simulation device is designed and the servo loop is designed to control the load and displacement. With the help of MATLAB software on the stability of the two servo circuit calculation, the results meet the performance requirements, and according to the requirements of energy saving and economic analysis, the device to further optimize.

The results show that the simulation device is an effective tool for the testing and diagnosis of ship shaft longitudinal vibration, which is of great significance to save the research cost of longitudinal vibration.

Key Words：ship shaft；hydraulic servo；simulation devic

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 船舶轴系纵向振动的起因和影响 1

1.2.1 船舶轴系纵向振动的起因 1

1.2.2 船舶轴系纵向振动的影响 2

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 2

1.4 研究目的及意义 2

1.5 研究的主要内容 2

1.5.1 模拟装置主要功能及参数 3

1.5.2 研究的主要任务及技术路线 4

第2章 液压元件的计算与选型 4

2.1 系统基本参数的确定 4

2.1.1 系统压力的选择 4

2.1.2 系统工作介质的选择 4

2.2 液压缸参数的确定 5

2.2.1 活塞缸参数的确定 6

2.2.2 柱塞缸参数的确定 7

2.3 液压缸连接螺栓的强度校核 7

2.3.1 活塞缸连接螺栓的强度校核 7

2.3.2 柱塞缸连接螺栓的强度校核 7

2.4 密封件的选型 8

2.4.1 液压系统对密封件的要求 8

2.4.2 O形圈的选型 8

2.4.3 同轴密封圈的选型 9

2.4.4 同轴密封圈的选型 10

2.5 传感器的选型 10

2.5.1 力传感器的选型 10

2.5.2 位移传感器的选型 10

2.6 管路及接头的选型 10

2.6.1 管路的选型 11

2.6.2 管接头的选型 12

第3章 伺服控制回路的应用 12

3.1 伺服控制系统与伺服阀 12

3.1.1液压伺服控制系统简介 12

3.1.2电液伺服阀简介 12

3.2 伺服回路工作过程 13

第4章 负载反馈系统的设计计算 13

4.1 负载反馈伺服阀的选型 13

4.2 负载反馈系统的传递函数与稳定性计算 13

4.2.1 负载反馈系统的系统方框原理图 13

4.2.2 确定各个环节的传递函数 16

4.2.3 Matlab软件介绍 17

4.2.4 负载反馈系统开环伯德图的绘制 18

4.2.5 负载反馈系统闭环伯德图的绘制 18

4.2.6 负载反馈系统稳态误差的计算 19

第5章 位置反馈系统的设计计算 19

5.1 位置反馈伺服阀的选型 19

5.2 位置反馈系统的传递函数与稳定性计算 19

5.2.1 位置反馈系统的系统方框原理图 19

5.2.2 确定各个环节的传递函数 22

5.2.3 位置反馈系统开环伯德图的绘制 23

5.2.4 位置反馈系统闭环伯德图的绘制 23

5.2.5 位置反馈系统稳态误差 23

第6章 节能环保与经济分析 24

第7章 结论 25

7.1 总结 25

7.2 展望 25

参考文献 26

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 选题背景

船舶轴系是船舶航行所需动力源的关键部件。船舶轴系由螺旋桨、飞轮、中间轴、尾轴和柴油曲轴组成。螺旋桨通过船舶轴系的传递得到主机动力，并且发生旋转，旋转产生的推力再通过轴系传递给整个船体，使得船舶航行。

随着船舶的功率、速度、规格的发展，船舶在航行过程中，船舶轴系会产生振动问题。船舶轴系振动大致可分为轴向振动（也称纵向振动）、回旋振动（也称横向振动）和扭转振动，其中以轴向振动对船舶整体造成的问题较为严重，也是船舶设计者要思考的主要问题之一，受业界的广泛关注。开展船舶轴系纵向减振模拟装置的设计，对提高轴系的工作状态，减少振动与噪声具有重要意义。