17m超淺吃水旅游船的舵設(shè)計

陳海林 王海輝

摘 ? ?要：本文介紹了17 m超淺吃水旅游船人力液壓舵的設(shè)計及現(xiàn)場安裝工藝，提出了該船舵設(shè)計與施工的要求與方法，并通過實踐驗證了其正確性。

關(guān)鍵詞：舵;施工技術(shù)要求

中圖分類號：U671.91?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper introduces the design， the correction of the on-site installation， and the treatment scheme of the heavy steering for the hydraulic rudder of 17 m tourist ship. Through the analysis of the rudder and the test of making tooling， it puts forward the important requirements and methods of rudder design and installation are put forward， and its correctness is verified by an example.

Key words： Rudder analysis; Important construction technical requirements

1 ? ?引言

隨著人民生活水平的不斷提高，旅游已成為我們生活中的一個重要部分。據(jù)統(tǒng)計，旅游業(yè)是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中勢頭最強(qiáng)、規(guī)模最大的產(chǎn)業(yè)之一，世界已經(jīng)進(jìn)入旅游時代。在各大旅游景區(qū)中，搭乘游輪觀賞風(fēng)景已成為一種休閑化的享受。為保證旅客安全，對搭載乘客的游輪要求是非常嚴(yán)格的，其中舵是實現(xiàn)船舶航行穩(wěn)定和靈活轉(zhuǎn)向的重要設(shè)備。

2 ? ?船舶概況

我司為桂林兩江四湖公司建造的42客座觀光旅游客船，其船長17.1 m、型寬4.2 m、型深0.9 m、船體最大高度2.5 m、吃水0.38 m，符合中國海事局2016版《內(nèi)河小型船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》和《漓規(guī)》要求。該船為單底橫骨架式、艙口型載客船舶。主船體采用鋼材制造;上建采用鋁合金材料制造;客艙頂部為通透式，不設(shè)游步甲板;單機(jī)單槳推進(jìn)形式。

3 ? ?舵的作用和組成

舵是船舶操縱裝置的一個重要組成部分。其中，舵葉裝在船尾垂直浸沒在水中，并能繞舵軸轉(zhuǎn)動。

舵主要由舵葉和舵桿組成：舵葉的作用是產(chǎn)生水壓力;舵桿的作用是轉(zhuǎn)動舵葉。

舵的作用原理是當(dāng)水流以某個沖角沖至舵葉上時，便產(chǎn)生了流體動力，此作用力通過舵桿傳遞到船體上，從而迫使船舶轉(zhuǎn)向，達(dá)到調(diào)整航向的目的。

本船采用人力液壓舵，其優(yōu)點為：

（1）純?nèi)斯な謩硬僮鳎褂脮r噪音低;

（2）液壓傳動能很好的控制舵葉的擺向，且穩(wěn)定可靠;

（3）可根據(jù)船體結(jié)構(gòu)和舵工況的需要，布置在合理的位置上，便捷靈活;

（4）采用液壓傳動可大大地簡化機(jī)械零部件、且結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。

4 ? ?舵葉形式及主要參數(shù)

5 ? ? 舵的選型配置

（1）按照CCS《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》，計算得出舵力2.56 kN、舵桿扭矩0.21 kN·m，再考慮30%的摩擦力矩及20%的計算裕度，本船配置2kN·m手動液壓舵機(jī)一臺;

（2）根據(jù)《漓規(guī)》有關(guān)規(guī)定，計算得出舵桿直徑不小于46.07 mm，取50 mm;舵柄處舵桿直徑D=38.08 mm，取40 mm;單板舵舵葉厚度不小于5 mm，且需設(shè)置水平加強(qiáng)筋;舵柄高度不小于0.9D1=36 mm，取40mm;舵柄外徑不小于1.8D1=72 mm，取80 mm;上舵承套高2 cm和下舵承套高8 cm;

（3）人力液壓舵由V1油缸（型號50 DTP C300）、V2油泵（型號70CT）、ф500 mm方向盤、鎖緊閥、舵角表（型號JMV00163）、V3舵角傳感器（型號JZM6470）、V5舵柄、上下軸承組成，如圖2所示。

6 ? ?舵系安裝要求

（1）舵系安裝時尾部船體結(jié)構(gòu)應(yīng)成型，且火工矯正及密性完成;

（2）校核圖紙與實際到貨的舵桿和舵葉尺寸是否相符;

（3）舵系拉線時應(yīng)與軸線拉線同時進(jìn)行，并認(rèn)真檢驗基準(zhǔn)點;舵系與軸線相交偏差不大于3 mm，允許極限不大于8 mm;加工的基座面板中心與舵系中心線偏差不大于0.3 mm，允許極限不大于0.5 mm;舵葉與舵桿焊接的中心偏差不大于0.25 mm，允許極限不大于0.5mm;上舵承座的中心、舵箱底板開孔的中心應(yīng)與舵桿的中心線重合。此外，還要檢查舵箱底板到基線的空間高度，并據(jù)此決定上舵承座下端要留多少余量，同時加工好螺栓孔一并安裝。拉線的目的在于保證舵桿、舵葉、舵承安裝準(zhǔn)確，如圖3所示。

（4）舵桿與上下舵承裝配時一定要涂抹黃油觀察是否安裝到位，舵的旋轉(zhuǎn)應(yīng)輕松沒有異響;安裝完畢注意對軸承和舵桿保護(hù)，避免船體涂裝時將油漆噴在舵承上。

7 ? ? 液壓管路連接

（1）管路采用冷拔船用無縫鋼管（GB5312）。安裝時應(yīng)力求縮短長度和減少彎曲，彎曲半徑不宜小于4倍管徑;泵出口管彎曲或最高處應(yīng)設(shè)置放氣閥，螺紋接頭采用焊接管接頭（JB96）;

（2）管路穿過水密壁和防火壁時選用鋼管通艙件，通艙件的形式應(yīng)保證艙壁完整性不受破壞;

（3）安裝時要保證鋼管內(nèi)清潔干凈，檢查管接頭是否漏油;

（4）管路在船上安裝完畢后，對該液壓系統(tǒng)進(jìn)行1.5倍工作壓力試壓試密。

8 ? ? 舵的效用試驗

（1）試驗?zāi)康?/p>

打方向盤輕便不吃力，且由左滿舵打到右滿舵6圈不超過8 s;轉(zhuǎn)舵的速度從一側(cè)40 o到另一側(cè)40o，不大于28 s。

（2）試驗步驟

① 打開油泵注入口加入設(shè)備要求的22#液壓油，邊打方向盤邊加油，使油泵內(nèi)的油位于2/3處;

② 打開油缸內(nèi)的排氣閥使氣泡完全排空，再往油泵內(nèi)加油至2/3處;

③ 將油泵固定在駕駛臺上，將配置的ф500mm方向盤裝好;

開始打方向盤，用秒表記錄時間。

（3）試驗效用

方向盤操作輕便，時間反饋符合要求。

（4）存在問題及改進(jìn)措施

由于駕控臺不允許采用ф500mm方向盤，它太大既會影響整體駕控臺的美觀，同時也會使油門操縱桿無空間操作，所以必須換成ф380 mm方向盤，如圖4所示。

由于方向盤改小后，打方向變得很笨重，因此提出以下幾種改進(jìn)方案：

（1）像貨車一樣將助力泵裝在主機(jī)盤由主機(jī)飛輪端帶動，以達(dá)到主機(jī)一開機(jī)助力泵就能工作，使助力泵內(nèi)保持穩(wěn)定的內(nèi)循環(huán)，起到減輕方向盤的效果。但是主機(jī)沒有配置多余的齒輪接口，而且主機(jī)廠家也不同意增加齒輪帶助力泵，雖然通過廠家咨詢國外進(jìn)口的助力泵（12/24V，型號PA1200-2）不需要主機(jī)帶，保持電壓12/24V就可以滿足要求，但是價格太貴，而且舵設(shè)計時就是手動液壓舵，故而這個方案不可取;

（2）將液壓軟管換成G1，管徑加大后也只能使油缸內(nèi)進(jìn)油的速度加快，還是不能完全減輕方向盤操縱困難;

（3）換上小一個等級的液壓進(jìn)行缸試驗后，效果還是不大明顯;

（4）通過換用液壓油40#、22#、10#，發(fā)現(xiàn)液壓油牌號越低其粘度越低、流動性越好;輕負(fù)荷用低粘度的潤滑油，高負(fù)荷用高粘度的潤滑油。

綜合以上因素考慮，油缸力矩的大小決定了方向盤的大小，油缸力矩一定時，方向盤越大操作越靈巧;由于美觀和整體布局無法將方向盤無限放大，那么想要在外徑φ380方向盤的情況下減輕方向盤操作吃力的方法，便是加大油管同時換低牌號液壓油。

9 ? ?液壓油選用

品質(zhì)好的液壓油抗氧化性和耐磨性都不錯，差的液壓油很容易被氧化、含有雜質(zhì)容易造成設(shè)備堵塞和損壞。同時，要了解航行的區(qū)域的氣候環(huán)境和設(shè)備本身的使用頻率和工作條件，才能更好地選用液壓油。本船可以結(jié)合桂林不容易結(jié)冰的天氣，選用低牌號丹弗液壓油可以滿足要求。丹弗液壓油潤滑效果佳、流動性好，在各款式機(jī)械上廣泛使用，其主要優(yōu)越性如下：

（1）熱與氧化穩(wěn)定性良好，防止漆膜、油泥及積炭形成，保持排檔系統(tǒng)清潔，在整個油品壽命期間能有效操作;

（2）抗磨損性質(zhì)良好，符合磨損規(guī)定，延長傳動裝置壽命;

（3）低溫流動性優(yōu)異，有助於改善啟動，於低溫時也能進(jìn)行有效的潤滑;

（4）有效的泡沫控制性，換檔順暢持久，在嚴(yán)峻操作條件下減少油品損失;

（5）與用在ii d型傳動裝置的所有常用油封相容，有效的控制泄漏。

10 ?結(jié)論

當(dāng)舵設(shè)計好后最好能與船東溝通，了解其使用習(xí)慣和要求，避免一系列的修改問題。如像該船一樣船東要求方向盤變小的問題，應(yīng)提前將該問題暴露出來，而不是裝好后再更改就很困難。要嚴(yán)格保證計算書的準(zhǔn)確性，不要選用型號大太多液壓缸，因為力矩越大方向盤也要跟著越大，這樣操作才不會吃力。方向盤油泵安裝時一定要做一根透氣和加油用的銅管或液壓軟管引到駕控臺桌面上，以方便其加液壓油和透氣作用，不然方向盤油泵壓力無法緩沖，以及油泵內(nèi)油不夠多而經(jīng)常發(fā)生齒輪干轉(zhuǎn)形成巨大的異響。

通過對超淺吃水船舵的了解，并從設(shè)計到生產(chǎn)的跟蹤與參與，積累了經(jīng)驗與教訓(xùn)，對類似船舶舵的設(shè)計與建造有很好的幫助，在提升工作效率的同時還能更好的掌握建造質(zhì)量。影響該超淺吃水船舵因素主要有：舵葉、舵桿的結(jié)構(gòu)及重量、液壓缸力矩的大小與方向盤的尺寸大小、管路安裝要保證管內(nèi)液體的流通、液壓油脂的選用等。

參考文獻(xiàn)

[1]中國船級社. 內(nèi)河船舶入級規(guī)范、內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范[S].

[2]漓江旅游客船法定檢驗規(guī)定.

[3]GB/T 18815-2002視野要求.