郭軍武，鄧榮成

(上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海201306)

0 引 言

曲軸臂距差過大將可能導(dǎo)致柴油機(jī)曲軸的斷裂，嚴(yán)重影響船舶營(yíng)運(yùn)安全，因此每個(gè)航運(yùn)公司都非常重視柴油機(jī)曲軸臂距差的變化。當(dāng)然對(duì)曲軸臂距差的研究也是很有必要的。目前實(shí)船上柴油機(jī)臂距差采用人工測(cè)量，然后進(jìn)行人工計(jì)算，并采用人工作圖進(jìn)行軸線狀態(tài)判定，其結(jié)果難免因人工失誤而造成判斷錯(cuò)誤。為此，有必要利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)為船舶輪機(jī)人員研制一套臂距差數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件，以便在實(shí)船工作中快速、準(zhǔn)確和直觀地判斷柴油機(jī)軸線狀態(tài)，確保柴油機(jī)的正常運(yùn)行。

1 臂距差與曲軸軸線狀態(tài)關(guān)系

正確地反映曲軸的撓曲情況能夠采用曲軸臂距差的大小。在船舶柴油機(jī)曲軸中，對(duì)于曲柄，如果當(dāng)曲柄銷在上止點(diǎn)時(shí)，兩曲柄臂之間的距離變大;而曲柄銷在下止點(diǎn)時(shí)，兩曲柄臂之間的距離變小。換句話說，當(dāng)曲柄銷上止點(diǎn)的臂距值大于下止點(diǎn)的臂距值，曲柄臂距差為正值，曲軸的軸心線呈下弧線彎曲，是由于曲柄兩端的主軸承低于其相鄰的主軸承所造成的，稱為曲柄呈下叉口。

相反，當(dāng)曲柄銷位于上止點(diǎn)時(shí)，兩曲柄臂之間的距離變小;而曲柄銷位于下止點(diǎn)時(shí)，兩曲柄臂之間的距離變大，曲軸的軸心線呈上弧線彎曲，曲柄臂距差為負(fù)值，稱為曲柄呈上叉口。

相類似的情況也發(fā)生在曲軸在水平平面上產(chǎn)生撓曲的情況與垂直平面:曲柄銷右水平位置的臂距小于左水平位置，就表明曲軸的軸心線在水平平面上是呈右弧線彎曲;相反，曲柄銷右水平位置的臂距大于左水平位置，就表明曲軸的軸心線在水平平面上呈左弧線彎曲。

總之，一般曲軸由多道主軸承共同支承，軸心線狀態(tài)是由所有的主軸承對(duì)整根曲軸綜合影響的結(jié)果。當(dāng)曲軸中心線呈下凹形(或右凹形)，臂距差為正值;當(dāng)曲軸中心線呈上拱形(或左拱形)，臂距差為負(fù)值;當(dāng)曲軸中心線平直，臂距差為零值時(shí);當(dāng)曲軸中心線的狀態(tài)變化越大，則臂距差值越大。

2 臂距差數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研制

本系統(tǒng)基于Visual Studio. NET 2010 和. NET Framework 作為開發(fā)平臺(tái)，以Visual C#. NET 作為開發(fā)語言實(shí)現(xiàn)。其總體設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)圖Fig.1 The overall design diagram

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用MVC 框架模式，如圖2 所示。

圖2 MVC 框架圖Fig.2 MVC frame diagram

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)將應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出分開，將程序分成模型、視圖和控制器3 個(gè)核心部件，3 部分分別處理各自的任務(wù)。程序開發(fā)思路框架圖如圖3 所示。

圖3 軟件框架圖Fig.3 Software frame diagram

3 臂距差數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的應(yīng)用

軟件系統(tǒng)的應(yīng)用需要測(cè)試分析，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證其可靠性和適用性，其過程分實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)測(cè)量、軟件計(jì)算繪圖和人工繪圖、對(duì)結(jié)果對(duì)比分析。其流程如圖4 所示。

圖4 測(cè)試流程Fig.4 The testing process

根據(jù)測(cè)得的柴油機(jī)熱態(tài)時(shí)曲軸臂距差的數(shù)據(jù)，運(yùn)行軟件系統(tǒng)，錄入上述各缸曲軸臂距差數(shù)據(jù)后，得到柴油機(jī)熱態(tài)時(shí)曲軸在垂直平面與水平平面內(nèi)的臂距差值和曲軸軸線狀態(tài)圖，如圖5 所示。

圖5 曲軸臂距差值和軸線狀態(tài)圖Fig.5 The diagram of crankshaft deflection and axis state

從圖5 可知，柴油機(jī)在熱態(tài)時(shí)曲軸軸線狀態(tài)如下:第Ⅳ和Ⅶ道主軸承位置最高，第Ⅱ道主軸承位置偏低;第1 缸、2 缸、5 缸和6 缸臂距差為“+”值，曲柄兩端的主軸承較低，曲軸軸線呈踏腰形;3缸和4 缸臂距差為“-”值，曲柄兩端的主軸承較高，曲軸軸線呈拱腰形;在第1 缸(0.095)的臂距差值較大，但仍然在允許營(yíng)運(yùn)范圍內(nèi)。

圖5 是用Visual C#程序設(shè)計(jì)的臂距差數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件得到的曲軸在垂直平面與水平平面內(nèi)的臂距差數(shù)值和曲軸軸線狀態(tài)圖。曲軸臂距差的大小表明了曲軸的彎曲程度;臂距差的符號(hào)表明曲軸軸線彎曲變形的方向。

4 結(jié) 語

用Visual C#程序設(shè)計(jì)的臂距差數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件在上海海事大學(xué)自動(dòng)化機(jī)艙柴油機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證，得到曲軸在垂直平面與水平平面內(nèi)的臂距差和曲軸軸線狀態(tài)圖。此系統(tǒng)能快速，準(zhǔn)確地得到柴油機(jī)的曲軸中心線狀態(tài)圖，輪機(jī)管理人員可以通過曲軸中心線狀態(tài)圖和數(shù)據(jù)對(duì)曲軸中心線狀態(tài)進(jìn)行判斷和檢查，避免因人為因素造成失誤，確保船舶柴油機(jī)的正常運(yùn)行。

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