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船舶柴油机曲轴裂纹故障磁记忆在线诊断技术研究

廖建彬  
【摘要】: 曲轴是船舶柴油机最主要的部件之一,它造价高,工作条件恶劣。曲轴一旦损坏,不仅会对船舶柴油机产生致命的破坏,还可能直接威胁到船舶的航行安全。目前,人们通常是在设计阶段对曲轴进行应力的核算,或者在事故发生之后对曲轴进行检查。然而由于安装调试误差、柴油机各缸发火不均匀、机件的磨损、老化,以及船舶轴系振动失中等原因,曲轴实际应力状态难于维持在理论设计状态,柴油机或尾轴等轴系断裂事故屡有发生。对轴系裂纹在线诊断,可以有效地避免机毁事故,极大地降低事故损失。金属磁记忆检测是近十年发展起来的一种新型的金属无损检测技术,这种方法适用于曲轴这类铁磁性构件的应力集中点的监测,及其裂纹故障的检测。磁记忆无损探伤法则使用的传感器简单,测量时不影响柴油机运行,适合长期在线监测。 本文进行的主要工作有: 1、研究磁记忆检测技术的机理。由于磁记忆检测的需要,本文通过磁弹性效应推导出了试件压磁效应的公式。经过实验,验证了磁记忆现象的存在,并提出了磁记忆检测的一个重要特性,即沿试件的不同母线扫描得到的Hp(Y)过零的位置基本都与预制裂纹重合,也就是沿试件的不同母线检测都可发现应力集中的位置。 2、收集柴油机曲轴裂纹故障的资料,对其分析并研究早期裂纹的发展规律。通过对各修船公司、机务部门和文献资料的收集分类,筛选具有代表性的轴系裂纹样本。利用断裂力学理论,参照以应力强度因子为参数的裂纹扩展准则,分析曲轴的断裂过程。 3、构建模拟实验台架,对曲轴裂纹过程进行模拟验证。台架的设计采用小型柴油机为主体,能够实现轴系的变速、变载荷以及曲柄箱的温度变化和油雾等特点,使得磁记忆检测得以实现,并具有较好的实用性和可靠性。 4、探索柴油机曲轴磁记忆信号的变速、变载荷和变温度等动态特点,进一步完善该诊断系统的软硬件功能和实时性,为以后的进一步科学研究创造条件。


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