一种低速工况下船舶水润滑尾轴承的润滑剂自动供给系统的制作方法

1.本发明属于船舶领域，涉及一种水润滑尾轴技术，具体涉及一种在低速工况下向船舶水润滑尾轴承提供润滑剂的自动供给系统，是一种针对船舶水润滑尾轴承在启动、停止或转向等水介质承载和润滑效果不佳的低速运行工况下，自动向船舶螺旋桨轴和水润滑尾轴承摩擦界面提供绿色润滑剂的系统。


背景技术：

2.船舶尾轴承的作用在于支撑船舶螺旋桨轴，是船舶推进系统的重要组成部分，也是决定船舶运行可靠性和能源能耗的关键部件之一。水润滑尾轴承系统是船舶尾轴承系统的一种，通常是开式系统结构，利用航行水域的自然水介质对尾轴承系统进行润滑和冷却，具有结构简单、环境友好、节约大量有色金属和矿物油等优点，符合节能、环保和绿色航运的发展需求，从而已经成为船舶尾轴承的发展趋势。船舶水润滑尾轴承系统中的尾管轴承通常是由尾轴承衬套和设于尾轴承衬套内的高分子复合材料内衬组成，在中高速工况下，高分子复合材料内衬和螺旋桨轴间因流体动压润滑效应，形成较厚的润滑水膜，致使两者之间摩擦系数较低，摩擦磨损较小，能耗低，满足设计要求，对船舶运行可靠性影响较小。然而，在低速、转向和频繁启停等低速运作工况下，流体动压效应不显著，且由于水介质的粘度较低，致使润滑水膜较薄，使得高分子复合材料内衬和螺旋桨轴处于边界润滑或干摩擦状态，两者之间的摩擦系数显著增加，接触区域温度上升，摩擦磨损行为显著加剧，能耗增加，甚至诱发明显的振动和噪声行为，极大地影响船舶尾轴承使用寿命和船舶的航行安全。
3.目前，结构优化和性能改性是目前两种主要的优化水润滑尾轴承润滑在低速工况下承载力不均匀和润滑条件不佳的现象的方式。海军工程大学等研究人员设计的一种具备自动匀载功能的船舶水润滑尾轴承(专利公开号：cn104074871a)，通过在传动轴和高分子复合材料内衬之间设置厚度梯度变化的自适应材料分布层，达到高分子复合材料内衬内部受力均匀的目的，但该结构较为复杂，对于尾轴承中各类零件或装置的安装精度要求高，且无法明显改善船舶尾轴承在低速重载或启停等工况下的润滑不佳问题。青岛理工大学等研究人员设计的海水润滑聚四氟乙烯船舶槽腔动压轴承(专利公开号：cn203035747u)，通过在内衬为聚四氟乙烯的水润滑轴承中设置水槽和水箱结构，使海水能充分存在于轴承于传动轴的接触位置，达到增强润滑效果的目的。
4.针对船舶水润滑尾轴承在启动、停止或转向等低速工况下水介质承载和润滑效果不佳的问题，通过设计一种低速工况下自动向船舶水润滑尾轴承提供润滑剂的系统，补偿水润滑尾轴承在低速工况下润滑能力的不足，达到增强螺旋桨轴和高分子复合材料内衬摩擦界面之间润滑能力的目的，解决船舶水润滑尾轴承在启动、停止或转向等低速工况下因润滑效果不佳而产生的磨损、振动和噪音等问题，提高船舶航行的可靠性和安全性。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：设计一种低速工况下船舶水润滑尾轴承润滑剂自动
供给系统，通过在船舶启动、停止和转向等低速运行工况下向船舶水润滑尾轴承主动提供绿色润滑剂，达到改善螺旋桨轴和高分子复合材料内衬摩擦界面间润滑条件的目的，解决船舶水润滑尾轴承在启动、停止或转向等低速运行工况下因润滑效果不佳而产生的磨损、振动和噪音问题，提高船舶水润滑尾轴承的使用寿命和运行可靠性。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
7.一种低速工况下船舶水润滑尾轴承的润滑剂自动供给系统，其特征在于：包括：
8.润滑剂输送孔，用于将润滑剂输送至船舶水润滑尾轴承的高分子复合材料内衬与尾轴之间的摩擦界面；
9.润滑剂供给装置，与润滑剂输送孔相连；
10.在船舶尾轴处于低速工况时，所述润滑剂供给装置通过润滑剂输送孔将润滑剂输送至船舶水润滑尾轴承的高分子复合材料内衬与尾轴之间的摩擦界面，改善摩擦界面的润滑条件。
11.进一步地，还包括plc控制单元和尾轴转速测量装置，所述plc控制单元根据尾轴转速测量装置测量的转速判断尾轴是否处于低速工况。
12.进一步地，所述船舶水润滑尾轴承卧式安装，所述润滑剂输送孔为设于船舶水润滑尾轴承下部分的径向通孔。
13.进一步地，所述尾轴转速测量装置为非接触式光电编码器转速测量装置。
14.进一步地，所述非接触式光电编码器转速测量装置包括光源发射器、安装在尾轴上的光电编码盘、光源接收器和数据采集卡，所述光源发射器和光源接收器顺尾轴轴向方向相对的安装在光电编码盘两侧，所述光电编码盘随着尾轴转动，光电编码盘上的透光孔间歇式传递光源线路，所述数据采集卡将光源接收器接收的间歇式光源信号采集后传输给plc控制单元，所述plc控制单元根据被间歇式光源信号间隔计算尾轴的转速。
15.进一步地，所述润滑剂供给装置包括润滑剂输送管道、输送泵和润滑剂存储箱，所述输送泵的入口与润滑剂存储箱相连，输送泵的出口通过润滑剂输送管道与润滑剂输送孔相连。
16.进一步地，每个润滑剂输送孔和相应的润滑剂输送管道之间均设有防止润滑剂回流的单向阀。
17.进一步地，所述润滑剂输送孔与相应的润滑剂输送管道通过螺纹接头相连。
18.进一步地，所述船舶水润滑尾轴承包括尾轴承衬套和设于尾轴承衬套内的高分子复合材料内衬，所述润滑剂输送孔为贯穿尾轴承衬套和高分子复合材料内衬的径向通孔，每个通孔直径大小相同；润滑剂单向输送孔与润滑剂单向输送管道相连接，润滑剂单向输送管道另一端与齿轮泵和润滑剂存储箱组成的润滑剂输送装置相连接，通过在输送管道上安装单向阀形成润滑剂单向输送管道；齿轮泵可以将润滑剂存储箱中的绿色润滑剂通过润滑剂输送管道单向输送至开孔的高分子复合材料内衬与螺旋桨轴的摩擦界面；输送至高分子复合材料内衬摩擦界面的润滑剂被转动的尾轴卷入并覆盖高分子复合材料内衬摩擦界面，改善尾轴和高分子复合材料内衬之间的润滑环境，降低摩擦系数、摩擦力和摩擦磨损量。
19.本发明单向输送管道一端与润滑剂输送孔相连，一端与齿轮泵相连接，齿轮泵可以将润滑剂存储箱中的润滑剂通过单向输送管道输送至开孔的高分子复合材料内衬摩擦
界面，润滑剂的供给量可以提前设定。其中，通过在润滑剂输送管道上安装单向阀，形成润滑剂单一方向输送的输送管道，即：润滑剂可以通过单向阀输送至水润滑轴承高分子复合材料内衬与尾轴的摩擦界面，而外界的水介质不能通过单向阀输进入润滑剂输送管道和润滑剂存储箱。其中润滑剂为绿色、廉价、易分解的绿色润滑剂，可以为聚乙二醇的水基溶液，比如品级白油或者氯化石蜡。
20.本发明利用数据采集卡实时采集尾轴的转速，并传送至plc控制单元；通过plc控制单元对尾轴的转速和提前设定会导致摩擦磨损加剧的转速值进行判断比较，当尾轴的转速低于设定转速时，即向齿轮泵发送工作信号，润滑剂通过齿轮泵和单向管道输送至位于船舶水润滑尾轴承上的输送孔。被输送至高分子复合材料内衬摩擦界面的润滑剂被转动的尾轴卷入并覆盖高分子复合材料轴承摩擦界面，补偿船舶水润滑尾轴承在低速工况下的润滑能力，主动改善尾轴和高分子复合材料内衬之间的润滑条件，从而降低摩擦系数、摩擦力和摩擦磨损量。当尾轴的转速高于设定转速值时，plc控制单元即发送停止工作信号，齿轮泵停止工作，润滑剂停止输送。
21.本发明与现有的技术相比，具有以下有益效果：
22.1)该装置以船舶尾轴在以产生剧烈磨损的转速为润滑剂供应的判断依据，可以根据实际情况进行调整，能有效的覆盖轴承启动、停止和转向等低速工况，主动向船舶水润滑轴承供应润滑剂，可以有效地改善传统船舶水润滑尾轴承在启动、停止和转向等低速工况下润滑效果不佳的问题；
23.2)润滑剂的供给量可以根据尾轴与水润滑轴承的磨损状态而定，润滑状态改善显著；
24.3)该装置只针对船舶尾轴承在启动、停止和转向等水介质承载和润滑效果不佳特殊工况阶段实施主动润滑，润滑剂消耗少、资源节约；
25.4)所选润滑剂为绿色易分解润滑剂，环境友好。
26.本发明通过向船舶尾轴和船舶水润滑尾轴承摩擦界面提供绿色润滑剂的方式，补偿高分子复合材料内衬在低速工况下水介质承载和润滑能力的不足，解决船舶水润滑尾轴承在启动、停止或转向等低速运行工况下因润滑效果不佳而产生的磨损、振动和噪音问题，从而提高船舶水润滑尾轴承的运行可靠性和使用寿命。
附图说明
27.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
28.图1是本发明的主体结构示意图；
29.图2是本发明的尾轴转速测量结构示意图；
30.图3是本发明的润滑剂输送孔结构俯视图；
31.图4是本发明的润滑剂输送孔与润滑剂输送管配合示意图；
32.图5是本发明的运行流程图；
33.图中：1
‑
尾轴承支座，2
‑
尾轴承衬套，3
‑
高分子复合材料内衬，4
‑
润滑剂输送孔，5
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单向阀，6
‑
润滑剂输送管道，7
‑
齿轮泵，8
‑
润滑剂存储箱，9
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plc控制单元，10
‑
数据采集卡，11
‑ꢀ
光源接收器，12
‑
尾轴，13
‑
光电编码盘，14
‑
光源发生器，15
‑
螺纹接头。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明的结构、原理和工作过程作进一步的说明。
35.如图1至图4所示，本发明提供一种低速工况下船舶水润滑尾轴承的润滑剂自动供给系统，具体的说是一种用于船舶水润滑尾轴承在低速、重载、启动、停止或转向等水介质承载和润滑效果不佳的低速工况下，自动向船舶水润滑尾轴承和尾轴摩擦界面提供润滑剂的系统。该系统包括润滑剂输送孔4、润滑剂供给装置、plc控制单元9和尾轴转速测量装置，述润滑剂输送孔4为设于船舶水润滑尾轴承下部分的径向通孔，贯穿尾轴承衬套和设于尾轴承衬套内的高分子复合材料内衬，用于将润滑剂输送至高分子复合材料内衬与尾轴之间的摩擦界面；所述润滑剂供给装置与润滑剂输送孔4相连；所述plc控制单元9根据尾轴转速测量装置测量的转速判断尾轴是否处于低速工况，当尾轴处于低速工况时，所述润滑剂供给装置通过润滑剂输送孔4将润滑剂输送至船舶水润滑尾轴承的高分子复合材料内衬与尾轴之间的摩擦界面，改善摩擦界面的润滑条件。
36.所述船舶水润滑尾轴承卧式安装在尾轴承支座1上，类型不限，在本实施例中，所述船舶水润滑尾轴承包括尾轴承衬套2和设于尾轴承衬套2内的高分子复合材料内衬3，所述润滑剂输送孔4为贯穿尾轴承衬套2和高分子复合材料内衬3的径向通孔。
37.所述润滑剂供给装置的具体形式不限，所供给的润滑剂为绿色、廉价、易分解的绿色润滑剂，可以为聚乙二醇的水基溶液。本实施例中提供一种具体形式，具体包括润滑剂输送管道6、输送泵和润滑剂存储箱8，所述输送泵的具体形式不限，可以为齿轮泵7，输送泵的入口与润滑剂存储箱8相连，输送泵的出口通过润滑剂输送管道6与润滑剂输送孔5相连。每个润滑剂输送孔4和相应的润滑剂输送管道6之间均设有防止润滑剂回流的单向阀5，所述润滑剂输送孔4与相应的润滑剂输送管道6通过螺纹接头15相连。
38.所述plc控制单元9接收尾轴转速测量装置测量的转速信号，设定一个转速阈值，当转速小于该阈值，即可判断为低速工况，发出控制信号启动输送泵。
39.本发明采用的所述尾轴转速数测量装置为非接触式光电编码器转速测量装置，非接触式光电编码器转速测量装置包括光源接收器11、光源发射器14、安装在转轴上的光电编码盘 13和数据采集卡10，所述光源发射器14和光源接收器11沿尾轴轴向方向相对的安装在光电编码盘13两侧，所述光电编码盘13随着转轴转动，光电编码盘上的透光孔间歇式传递光源线路，光源接收器11接收的光源信号通过数据采集卡10采集，所述plc控制单元9根据被间歇式传递的光源间隔计算转轴的转速。
40.测试时，非接触式光电编码器转速测量装置通过光源发射器14持续发射光源，光源接收器11接收光源，固定在尾轴上的光电编码盘13随着尾轴转动，当光电编码盘13上的透光孔转动到光源发射器14和光源接收器11之间时，阻挡光源将被传递并被光源接收器11，因此通过测量光源接收器11多次接收到的光源间隔时间计算出尾轴实时转速，并由数据采集卡采集光源接收器11的接收信号后传输至plc控制单元9，通过plc控制单元9计算出尾轴转速，当然本发明也可以在非接触式光电编码器转速测量装置内设置一个单独的控制器，用于计数转速，所述plc控制单元9可以直接接收转速信号；plc控制单元9通过将所收集的尾轴的转速数值与提前设定会导致摩擦磨损加剧的转速阈值相比较，判断采集的转速数与设定转速值的大小关系。当尾轴的转速小于预先设定的转速阈值时，plc控制单元9向润滑剂输送装置的发送输送润滑剂的信号并传递至齿轮泵7，齿轮泵7将润滑剂存储箱8中的
润滑剂通过由单向阀5和润滑剂输送管道6组成的单向管道输送至位于尾轴承上的润滑剂输送孔4 内，润滑剂进入高分子复合材料内衬3摩擦界面，被转动的尾轴卷入并覆盖高分子复合材料内衬3的摩擦界面，从而主动改善尾桨轴和高分子复合材料内衬3之间的润滑条件，降低摩擦系数、摩擦力和摩擦磨损。当尾轴的转速超过预先设定的转速值时，plc控制单元9向润滑剂输送装置发送停止输送润滑剂的信号，此时齿轮泵7停止工作，停止向船舶水润滑尾轴承中输送润滑剂。
41.转速阈值通常是船舶在启动、停止和转向等低速工况下尾轴所表现出的转速数，可以在 0.3m/s
‑
1m/s之间，根据不同船型而定。
42.以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。