新型船用伸缩式侧向推进器

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船用侧向推进器是提高船舶操作性能的重要部件，传统的侧向推进器是通过固定的导管焊接在船体内，其定位尺寸和桨叶中心线距轻载水线的尺寸直接影响侧向推进器的性能，且增加了整船的船体阻力，从而造成能源浪费。

特别是对于-些安装空间有限的船只，如小型游艇、工作平台、工程船、公务船等，使用传统侧向推进器造成的损伤就更大。如何在吃水深度不足或定位尺寸不够等特殊使用工况下既不增加了整船的船体阻力，又能提高船舶操作性能，-直是船用设备领域亟待解决的问题。本文介绍-种本公司新开发的船用伸缩式侧向推进器结构，从而解决这个问题。

1 传统侧向推进器的安装尺寸要求和局限性传统的侧推器(图1)焊接在船体的固定隧道内，对桨叶中心线与轻载水线 a，基线的距离 b与桨叶直径 d的关系有着-定要求：桨叶中心线与轻载水线(设计水线)的距离 口≥(1-1.5)d；桨叶中心线与基线的距离 b≥(1-1.5)d。

当在船舶吃水深度不足或定位尺寸不够等特殊工况下 ，因各参 数间关 系无法满足侧推装置推荐的布置结构，船舶的推进效率会降低，这也正体现了传统侧推的局限性，为了弥补缺陷并提高侧推性能，本公司研发了-种新型的伸缩式侧推装置。

图 1 传统侧推装置推进布置图2 新型船用伸缩式侧向推进器介绍2.1 新型伸缩式侧推装置概述伸缩式侧推装置主要结构 包括：机械本体、润滑系统、伺服液压系统、原动机及控制系统等部件。主要通过原动机驱动螺旋桨转速，变频器控制转向，电磁换向阀和伺服液压泵站控制水下推进部分的升降，并通过中央控制单元实现其控制。当螺旋桨处于上部，可与船体的管遂-起作为传统侧推使用；当螺旋桨处于下部，可360。旋转作为临时全回转推进器使用。目前可广泛应用在油船和海洋平台工作船。

2.2 机械本体的结构如图3所示，船用伸缩式侧向推进器是通过下齿轮箱作者简介：舒永东(1976-)，男，江苏徐州人 ，硕士研究生，研究方向为船舶设备设计与制造。

Machine Building 8 Automation，J"”2013，41(2)：77-79 ·77·· 机械制造 · 舒永东，等 ·新型船用伸缩式侧向推进器图 2 Z型传动与 L型传动结构简图914 23221-基座；2-受力轴；3-圆筒体；4-支撑板；5-油缸；6-固定底座；7-导向杆基座；8-导向杆；9-支撑管；10-支撑底座；11-挂钩基座；12-挂钩；13-油缸；l4-填料箱；15-桨轴；16-大齿轮；l7-输入轴；l8-桨叶；19-齿形联轴器；2O-传动轴；2l-纤维编织盘根；22～齿轮箱；23-合金轴瓦图3 伸缩式侧推的结构示意图和圆筒体 3通过螺钉固定在支撑管 9下端“轴 15-端插入下齿轮箱 22并通过轴承支撑于齿轮箱 22的前后轴承座上，桨叶 18位于齿轮箱 22外；齿轮箱输入轴 17由顶部插入齿轮箱 22，其上部靠轴承实现轴向和径向定位，下部通过轴承支撑于齿轮箱 22轴承座上；齿轮箱内布置大齿轮 16和输入轴 l7，实现减速。

两个油缸 5与固定底座 6之间靠固定耳轴连接，固定底座 6上布置有固定支架；活塞杆端与支撑底座 10之间为带球面轴承的固定耳环；油缸 5上下部各设置-油口，换向通油实现油缸的伸缩；油缸 5伸展运动时，推动支撑底座 10向上运动，拉动下端支撑管 9、圆筒体 3和齿轮箱22等结构向上收缩，当支撑底座 lO运动到顶部机械止档时，挂钩 12挂住支撑底座 1O，防止推进器 自然下落；当油缸5需要回缩时，油缸 13推动挂钩12，使支撑底座 l0与挂钩 l2分开，可使推进系统下降到需要位置。

支撑管9下端使用法兰与下齿轮箱 22连接，支撑管内的传动轴上端利用-球面磙子轴承固定，下端靠齿形联轴器 19与齿轮箱 22输入轴 17连接，把原动机扭矩最终通过桨轴 15传递到桨叶l8，产生需要的推力；在圆简体 3上布置-个连接板 4，连接板 4把桨叶 18产生的推力通过受力轴2传递到船体上；导向杆8上下端通过导向杆基座7与安全挂钩基座 11和固定底座 6固定。导向杆 8两端各布置-个球面关节轴承，补偿安装偏心量。填料箱l4实现支撑管 9出水处的密封，箱体 内布置几道纤维编织盘根21和-个合金轴瓦23；填料箱 14焊接在固定底座6上 。

2.3 伸缩式侧推装置(FPP)控制系统结构及原理如图4所示，伸缩式侧推控制部份包括：指令单元、中央控制箱 、电力驱动单元和液压伺服单元等。指令单元发出控制命令，反馈器将反馈信号传给中央控制单元，中央控制单元经比较分析输 出控制信号控制驱动单元的启停和液压伺服单元动作。

图 4 伸缩式侧推控制系统原理图a)指令单元指令单元即驾驶台控制面板 ，在驾驶台操控台上有主控制面板，左右两翼有辅助控制面板。在控制面板上可以邑进行推进器的起、停 ，螺旋桨的升降，转速的控制，操纵地点的转换等功能。

图5为控制面板装配图(局部)，主控制面板上有驱动电动机起拓制开关、操纵地点转换开关、转速指示器、转速遥控手柄、螺旋桨升降按钮、应急控制开关等元件。辅助控制面板上则只有地点转换开关、邑手柄和停止开关。

图5 主控制面板装配图操纵地点转换开关，可以将控制权在开关之间转换，主控制面板上有操纵地点指示灯可以指示是由哪个面板在控制。

操控手柄连接电位器，手柄带动触点滑动，手柄可以. 78. htp：#ZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainaj。urlaI.net.cn《机械制造与自动化》3 2 1 O 8 7 6 5 4 3 2 l · 机械制造 · 舒永东，等 ·新型船用伸缩式侧向推进器同时调节螺旋桨转速和舵角位置。

控制面板上的应急控制”按键按下时可将控制模式转为应急操纵。此时按下相关应急控制按钮 ，按键将控制电源直接供电给比例换向阀的左推、右推控制电磁阀，可直接改变螺旋桨的升降或者舵角及转速变化。

各控制面板的舵角和转速指示器可以显示 PLC输出指示电流信号，电流信号改变指针转动指示舵角和转速实际值。

b)中央控制单元中央控制单元在驾驶台，是-个电子控制箱，主要组成是电源、PLC、系统调试装置、执行继电器等。总控单元接收指令和反馈信号，在内部经过计算放大，然后输出信号控制液压伺服单元动作改变舵角和转速，同时接收推进系统的状态信号，有异常时及时发出声光报警 ，实现控制和监视功能。

该系统具有电动机启动联锁装置。在推进装置缩回船体内部或者在伸缩运动过程中，无法启动电动机和进行舵角控制，只有推进器装置伸到最低止档位置，行程开关发出信号，才能进行相关操作。

PLC是控制单元的核心，由电源拈、CPU处理器模块、程序存储卡、模拟量控制拈、独立输出拈、数字量输入输出拈组成。电源拈为 PLC各工作拈供 电，其上有指示灯显示电池的工作状态，程序存储内部存有推进系统控制和报警程序。

C)电力驱动单元如图4推进系统原理图所示，电力驱动单元由电力驱动控制箱，驱动电动机和变频器组成 ，该单元为推进装置提供原动力。

电控箱控制电动机的启动、停止操作，空间加热器和风机的开关 ，并反馈驱动电动机的运行、负荷等状态，对电动机进行过载等其他连锁保护，记录电动机工作时间等。

对于定螺距桨叶电推系统常规-般使用变频启动 ，在启动箱 内包含 -个 变 频器 (其 变 频范 围 o～50 Hz/60 I-Iz)，通过对主电源频率的控制，调节原动机的转速。

启动箱 内配置有空间加热器和风冷装置，保持箱内理想的工作环境，延长设备使用寿命和降低故障率。

如图 6所示 ，当推进装置重载询问允许 ，螺旋桨在要求位置时，伺服液压系统启动，自动停机复位等条件满足，连锁开关闭合时才可以启动电动机。

d)液压伺服单元Machine BuildinX Automation， 2013，41(2)：77-79如图4所示，液压伺服单元包括伺服控制箱、液压伺服泵站、转舵和舵角反馈装置、伺服油缸等部件。液压系统为推进装置提供伺服油压，在控制单元作用下改变定距桨的舵角，调整螺旋桨的垂直位置，并保证推进装置密封良好。

液压系统包含：转舵液压单元、升降液压单元、安全挂钩液压单元三部分，分别起到舵角改变，推进装置的提升和下降，推进装置下降时脱掉安全挂钩的作用。

转舵液压单元包括：电磁换向阀、液压马达、舵角反馈装置等，推进装置的转舵功能利用换向阀改变压力油路方向，依靠液压马达调整舵角，最终实现推力方向的改变，通过比例换向阀来切换油路实现液压马达的正反转，从而实现舵的正反转。

升降液压单元包含：电磁换向阀、伸缩油缸、手动换向阀等，远程控制电磁换向阀的阀芯位置 ，改变压力油路方向，使压力油分别进入伸缩油缸的两个油腔，油缸伸长时推动推进器本体回收，推进装置缩进船体内部 ，反之推进器伸出船体，通过液压泵来推动两个升降液压缸实现侧推本体的升降。通过电磁或手动控制使先导阀换向，从而控制液控主阀换向，实现本地控制并与邑互锁 ，来实现升降液压缸的上升与下降。

安全挂钩液压单元包含：电磁阀和液压油缸，推进装置需要伸出船体时，液压缸伸长推动安全挂钩 ，使推进装置与安全挂钩脱开，在伸缩油缸的作用下下降。

3 新型船用伸缩式侧 向推进器的优点综上所述，本新型船用伸缩式侧向推进器的优点在于：由于固定底座两侧各布置-个油缸，可以推动下齿轮箱和圆筒体上下伸缩运动，弥补因船体结构而导致侧向推进器定位尺寸不足的问题，使得侧向推进器的推力稳定。

并能在不使用的情况下可以把侧向推进器收缩回来，使得船体线性比较完整，船体阻力小，整船主推进效率高。

在结构上填料箱内选用特种纤维编织盘根，提高密封的使用寿命和密封性能；在固定底座下使用两个受力轴分担支撑管的弯矩，保证使用的安全性 ；固定底座上部通过两个导向杆引导推进器伸缩运动，引导杆的两端使用调心关节轴承可补偿安装偏差，使整个伸缩动作更加平稳。

4 结语通过这种新型船用伸缩式侧向推进器的开发，使得-些船舶在吃水深度不足或安装尺寸不够等特殊使用工况下，既能不降低整船主推进效率，又能提高船舶操作性能，具有很好的推广意义。目前已经在-些船上使用。