全回轉拖輪作業(yè)過程中特殊工況對軸系穩(wěn)定性影響研究

摘 要：全回轉拖輪具有良好的機動性、靈活性和回轉性，是目前港口靠離泊作業(yè)的主要力量，但在實際作業(yè)過程中，操作稍有不慎，就會發(fā)生碰撞事故，加之船舶大型化帶來的作業(yè)難度增加，導致其受到各種沖擊載荷的頻率增加。這些外力通過復雜的轉換和傳遞，會影響船舶柴油機推進軸系的穩(wěn)定性，而作為連接Z型導流管式螺旋槳和柴油機的綜合體，其運行工況是否良好不僅關系著船舶動力系統(tǒng)的可靠性，更關乎貨輪靠離泊作業(yè)的安全。

關鍵詞：全回轉拖輪；船舶碰撞；轉速變化；沖擊；振動

1.全回轉拖輪推進裝置特點

在船舶分類中，一般把協(xié)助大型船舶進出港口、靠離碼頭、港內（錨地）移泊的拖輪歸類為“港口輔助船舶”，通稱為“港作拖輪”。若按其配置的推進器類型進行分類，配備Z型傳動推進器的港作拖輪稱為全回轉拖輪。

全回轉拖輪為雙機雙槳，由相互獨立的主機通過傳動軸系帶動各自的Z型傳動推進器運轉，分別稱為左推進裝置和右推進裝置。其中主機多為中速機，傳動軸系包括高彈性聯(lián)軸器、傳動軸承、萬向聯(lián)軸器及氣胎離合器等元件組成。推進器主要包括旋轉機、液壓操縱裝置等部分組成，螺旋槳可在水平面內360°旋轉，可省略常規(guī)的舵。鑒于以上結構特點，港作拖輪具有：操縱系統(tǒng)簡單、船舶旋回性能好、能夠橫向移動、船舶穩(wěn)性好、舵效優(yōu)等特點。

2.全回轉拖輪推進軸系損傷機理研究

船舶軸系作為船舶主推進系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是作為一種剛性介質，將船舶的柴油主機和螺旋槳連接起來，并將船舶柴油機產生的動力傳遞給螺旋槳，帶動螺旋槳旋轉，螺旋槳槳葉會不斷把大量水向后推去。如何保證其安全、穩(wěn)定的運行，很多學者都展開了相關研究，基本上都是從引起軸系破壞的因素入手，主要有四個方面。

一是扭轉振動，扭轉振動是在周期性激勵下引起的交變運動，進而產生的交變應力。嚴重扭轉振動會導致尾軸裂紋、斷裂，扭轉振動也一直是船舶動力裝置設計中的關鍵問題。二是橫向振動，在研究橫向振動時，一般不考慮回旋效應引起的回旋振動，根據(jù)震動的方向，將橫向振動分為橫向振動和垂向震動。三是縱向振動，目前絕大多數(shù)貨船的主動力裝置都是柴油機通過軸系直接帶動螺旋槳旋轉，螺旋槳在不均勻的艉流場中受到軸向激勵力。四是回旋振動，主要考慮螺旋槳的"陀螺力矩"作用。

3.作業(yè)過程中碰撞因素對軸系損傷

全回轉拖輪在作業(yè)過程中，由于天氣因素、駕駛員因素、設備因素，碰撞事故往往無法預測。尾軸屬于長桿件構件，在沖擊載荷作用下，容易產生變形，引起尾軸位移的變化。如果碰撞強度較大，還會導致船體總體剛度發(fā)生變化，進而對推進系統(tǒng)的軸系支撐剛度造成影響，從而改變船舶軸系的運動狀態(tài)。如果碰撞強度較低，一般不會引起相關從業(yè)者的足夠重視，而恰巧這類事故發(fā)生的概率很高，長期日積月累，也會導致全回轉拖輪的船舶剛度發(fā)生變化，船體損傷又會導致艉軸發(fā)生碰摩，最終造成船體軸系損傷，一旦達到臨界條件，將突然發(fā)生重大事故。

4.作業(yè)過程中轉速變化對軸系損傷

作為全回轉拖輪，由于港作拖輪作業(yè)的特殊性，根據(jù)引航員的指令，車速需要不斷變化，存在短時間內加速、減速、長時間高速運轉等狀況，加之船舶大型化帶來作業(yè)強度增加，軸系作為將主機功率傳遞到螺旋槳的中間介質，其所承受的扭矩將發(fā)生不均勻性，進一步加強軸系的扭轉振動，降低其使用壽命。

5.軸系安全運行的合理化建議

5.1拖輪作業(yè)過程中碰撞事故分析及預防

隨著港口貨物吞吐量的持續(xù)增長，進出港船舶艘次也在增加，一定程度上導致航道擁擠。如果碰見大風天氣，船舶容易偏離預定航道，尤其是大噸位的空載船舶，受風面積大，容易發(fā)生船位的偏轉或者是橫移，這些都對拖輪的安全作業(yè)構成一定威脅。此時船舶駕駛的操縱技術顯得尤為重要，應仔細地觀察船舶動態(tài)和周圍海況，進行預判并采取相應措施，避免事故的發(fā)生。

5.2拖輪作業(yè)過程中合理操車

一是輪機管理人員與碼頭調度的及時溝通，了解碼頭作業(yè)情況，以及到港船舶動態(tài)，根據(jù)作業(yè)計劃提前對主機進行暖缸。尤其是冬天，冷車啟動后，轉速變化不穩(wěn)，對軸系損害較大。二是輪機管理人員與船舶駕駛臺及時溝通，全面了解港外錨地風浪情況。當遇見大風浪天氣時做好準備工作，調整主機油門，防止超負荷對軸系造成損害。全回轉拖輪采用雙機雙槳，如果為了節(jié)省燃油成本，可以單車航行，但應盡量避免兩主機一快一慢，防止出現(xiàn)軸系共振。

5.3加強軸系的監(jiān)控和維護保養(yǎng)

軸系長時間遭受低強度碰撞，相關部件變形后會出現(xiàn)軸線不對中，軸頸與軸承間隙變小，軸承的潤滑環(huán)境改變，反映在數(shù)據(jù)上會出現(xiàn)軸系運轉溫度升高、產生異響。這是要及時查找原因，避免小事故引發(fā)大故障。若果條件允許，建議引入軸系狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術，目前主要有振動診斷技術、聲學診斷技術、溫度診斷技術和油膜電阻診斷技術四大類，其中振動信號檢測和分析的方法對軸系比較適用，對早期微小機械故障檢測非常有效，可以更大限度的節(jié)省維修成本，提高軸系使用壽命。

參考文獻：

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作者簡介：

吳鵬鵬，性別：男，民族：漢，籍貫：山東濰坊，出生年月：1988年1月，研究方向：船舶柴油機。