CN102673765A

CN102673765A - 一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船

Info

Publication number: CN102673765A
Application number: CN2012101924741A
Authority: CN
Inventors: 路勇; 金春晓; 佟施宇; 许亦杰; 李仁科; 王彤羽; 朱玲玲; 沈凤国; 王守奇; 任晓慧
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船，包括主船体、螺旋桨、安装在主船体上的船舶主机、安装在主船体两侧的两个侧船体、差速器，差速器的输入轴连接船舶主机，差速器的传动半轴连接螺旋桨，螺旋桨有两个，第一螺旋桨通过第一螺旋桨轴安装在主船体和第一侧船体中间，第二螺旋桨通过第二螺旋桨轴安装在主船体和第二侧船体中间，两个螺旋桨相对于主船体对称安装。本发明能有效的降低螺旋桨运行时的振动噪声，节约动力装置运行的能耗，有效的提高三体船的灵活性和快速性。

Description

一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船

技术领域

本发明涉及的是一种船舶，具体地说是三体船。

背景技术

当代三体船的研究已有20多年的历程，直到90年代中期以后高速三体船的研究才取得了较大进展。这期间国内外高速三体船的研究主要集中在水动力理论、模型试验、船型优化以及概念设计等方面。在结构研究方面，李永正教授《三体船连接桥强度有限元分析》对三体船连接桥结构的波浪载荷进行了研究，并用有限元软件MAESTRO对三体船进行了结构强度分析。Dr ECheng的《The developmentof Trimaran Rules》给出了三体船结构设计应该考虑的载荷种类及其计算公式，包括总体载荷和局部载荷。Mizine Igor在《High-speed trimaran drag》中讨论了关于三体船初步设计的问题，提出一些关于三体船载荷计算的方法和公式。

在国内，近几年高速三体船的研究也开始受到重视。90年代末至本世纪初，哈尔滨工程大学，上海交通大学和海军工程大学几乎在同一时期各自对三体船的船型与水动力进行了研究，初步了解到其兴波阻力、耐波性方面具有的一些较大优越性。郑丰教授的《小水线面中体三体船(TⅪSWATH)性能及概念设计研究》对一艘小水线面中体三体船的性能和型线以及总布置进行了初步研究。卢晨教授的《水线面中体五体车客渡船概念设计及全船结构有限元分析》对一艘五体车客渡船进行了全面的研究，包括方案设计、稳性研究、全船结构初步设计和三维有限元分析。关于三体船的结构设计和研究方面，国内公开发表的文献并不多见。

而对于将螺旋桨装置安装于三体船的主船和侧船之间的创新研究，在国内外现有的公开文献资料中尚未发现有关于这方面的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供使用差速器控制螺旋桨转速和扭矩从而起到使船舶转向的目的的一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船，包括主船体、螺旋桨、安装在主船体上的船舶主机、安装在主船体两侧的两个侧船体，其特征是：还包括差速器，差速器包括输入轴、主动锥形齿轮、齿圈、行星齿轮轴、差速器框、小行星齿轮、侧齿轮、传动半轴，输入轴连接船舶主机和主动锥形齿轮，主动锥形齿轮连接并带动齿圈转动，齿圈连接差速器框，差速器框连接行星齿轮轴，小行星齿轮安装在行星齿轮轴上，侧齿轮有两个、均与小行星齿轮啮合，传动半轴有两个，第一传动半轴连接第一侧齿轮，第二传动半轴连接第二侧齿轮；螺旋桨有两个，第一螺旋桨通过第一螺旋桨轴安装在主船体和第一侧船体中间，第二螺旋桨通过第二螺旋桨轴安装在主船体和第二侧船体中间，两个螺旋桨相对于主船体对称安装，第一传动半轴连接第一螺旋桨轴，第二传动半轴连接第二螺旋桨轴。

本发明还可以包括：

1、所述的小行星齿轮有两个。

2、螺旋桨轴与传动半轴之间通过安装在螺旋桨轴上的螺旋桨轴伞齿轮和安装在传动半轴上的传动轴伞齿轮相连。

3、还包括差速控制系统，所述的差速控制系统包括CPU、航速航向传感器、舵角传感器、制动器，航速航向传感器、舵角传感器、制动器均与CPU相连，CPU通过航速航向传感器获得船舶航速航向、通过舵角传感器获得期望信号后，控制制动器改变差速器的传动半轴的转速。

本发明的优势在于：本发明将普通船舶安装在船尾的螺旋桨安装到了三体船主船体的两侧。此间的水流场流速较快，基本没有涡流和紊流，能有效的降低螺旋桨运行时的振动噪声，节约动力装置运行的能耗。此创新在船舶节能减排、降低能耗、提高船舶续航力、增加船舶安全性等方面有显著地效果。同时由于不使用普通船舵，改用安装对称的双螺旋桨动力装置，大大提高了船舶的续航能力和生存能力。基于差速器原理来控制船舶的对称螺旋桨，能有效的提高三体船的灵活性和快速性。

附图说明

图1为本发明的差速器装置图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的差速控制系统装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本装置由以下三个部分组成：

一、差速器装置

差速器装置由以下两部分组成

1、主副齿轮、行星齿轮。通过半轴连接左右螺旋桨。三体船直行时差速器的两个行星齿轮都不转动，船舶转向时，差速器的两个行星齿及两侧半轴根据需要转速不同，实现差速，导致两侧螺旋桨转速不同，船舶转向。

2、齿轮箱。通过传动齿轮来传递功率的齿轮传递组件，将主机的扭矩用两个锥形齿轮实现垂直传递到两侧半轴。

二、安装于主船体两侧的对称式双螺旋桨

安装于主侧船体之间的螺旋桨装置主要由三部分组成：

1、螺旋桨。它采用普通三叶螺旋桨或者四叶螺旋桨，左右两侧的螺旋桨叶片旋向相反，螺旋桨盘面以及其它系数都相同。两螺旋桨安装于主船体和侧船体正中间位置，左右对称安装。

2、直角齿轮传动。动力发生装置和螺旋桨之间的传动采用直角结构型式，由伞齿轮通过齿轮箱连接。

3、螺旋桨装置安装于连接桥下侧，完全浸没在水中，低于三体船的吃水线。

三、差速控制系统

差速控制系统由以下两部分组成

1、参数采集CPU装置。采集三体船行驶时的航速、航向等实时信号，和设定的预期信号做对比，计算存在的偏差，输出调整量的电压信号。

2、电子制动器。接收CPU装置传递过来的电压信号，对半轴实现不对称的制动，从而改变半轴的转速。

船舶运行时，船舶主机将扭矩传给差速器输入轴9，差速器输入轴9带动主动锥形齿轮2转动。主动锥形齿轮2在差速器整个齿轮箱中，带动齿圈6转动，齿圈6转动时通过差速器框架3和行星齿轮轴7带动其上的差速器两个小行星齿轮8，差速器小行星齿轮8带动左右两侧的侧齿轮4同时同速旋转。两侧的侧齿轮4与半轴5相连，在传动轴外壳1内转动。当三体船转弯变向时，通过电子制动器适当制动一侧半轴，差速器框架3上的差速器小行星齿轮8通过与其连接的行星齿轮轴7与另一侧的小行星齿轮8转速不一致，从而使两侧的侧齿轮4出现转速差，传动半轴5带动另一副锥形齿轮改变扭矩方向后，控制两侧螺旋桨轴12以不同速度转动，实现船舶变向。

主机的动力经过差速器的传递，从主船体18内部传到主船体18和侧船体17之间的过道中。传动半轴5在主船体18外侧安装在连接桥15上，通过齿轮箱16在螺旋桨轴伞齿轮10和传动轴伞齿轮11的共同作用下，将传动轴5的转动传递给垂直的螺旋桨轴12，螺旋桨轴12带动普通螺旋桨13转动，从而推动三体船转弯或前进。螺旋桨轴12安装于主船体和侧船体中间位置14，左右完全对称。螺旋桨的安装位置以及差速器装置的结合使用，进一步提高了三体船动力装置的推进效率，提高了三体船的燃料使用效率，减小了三体船前进时螺旋桨推进器的阻力，降低了螺旋桨运行时产生的振动和噪声。

差速控制系统CPU 20对来自三体船航行时航速、航向传感器22等实时信号24进行采集与处理，且与来自舵角传感器23的期望信号26对比，计算存在的误差，输出需要调整量的控制电压25，控制电子制动器21，使电子控制器21改变差速器传动半轴9的转速，调节两侧螺旋桨13的速度，达到转弯变向的目的。

本发明专利和同类型的船舶动力装置安装形式（例如安装在船体尾部）相比：本发明专利的效率将会比普通动力装置安装位置的效率高2%～3%；本专利所发明的装置用左右对称的螺旋桨装置来替代船舶的船舵。现在一般的船舶都具有船舵，用来改变船舶航行的方向。普通船舵具有保持船舶预定航向和改变船舶航行方向的两大功能。在原来应该安装动力机械传动结构和动力发生装置（柴油机、燃气轮机、蒸汽轮机、核动力装置等）的地方，安装上蓄电池组。采用差速器装置控制左右对称的螺旋桨，在船舶运行时，差速器控制系统对三体船的各项运行参数进行采集和对比，通过差速器来调节两个螺旋桨的速度差来达到转向的目的。

Claims

1.一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船，包括主船体、螺旋桨、安装在主船体上的船舶主机、安装在主船体两侧的两个侧船体，其特征是：还包括差速器，差速器包括输入轴、主动锥形齿轮、齿圈、行星齿轮轴、差速器框、小行星齿轮、侧齿轮、传动半轴，输入轴连接船舶主机和主动锥形齿轮，主动锥形齿轮连接并带动齿圈转动，齿圈连接差速器框，差速器框连接行星齿轮轴，小行星齿轮安装在行星齿轮轴上，侧齿轮有两个、均与小行星齿轮啮合，传动半轴有两个，第一传动半轴连接第一侧齿轮，第二传动半轴连接第二侧齿轮；螺旋桨有两个，第一螺旋桨通过第一螺旋桨轴安装在主船体和第一侧船体中间，第二螺旋桨通过第二螺旋桨轴安装在主船体和第二侧船体中间，两个螺旋桨相对于主船体对称安装，第一传动半轴连接第一螺旋桨轴，第二传动半轴连接第二螺旋桨轴。

2.根据权利要求1所述的一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船，其特征是：所述的小行星齿轮有两个。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船，其特征是：螺旋桨轴与传动半轴之间通过安装在螺旋桨轴上的螺旋桨轴伞齿轮和安装在传动半轴上的传动轴伞齿轮相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船，其特征是：还包括差速控制系统，所述的差速控制系统包括CPU、航速航向传感器、舵角传感器、制动器，航速航向传感器、舵角传感器、制动器均与CPU相连，CPU通过航速航向传感器获得船舶航速航向、通过舵角传感器获得期望信号后，控制制动器改变差速器的传动半轴的转速。

5.根据权利要求3所述的一种基于差速器原理的对称式双螺旋桨驱动装置的三体船，其特征是：还包括差速控制系统，所述的差速控制系统包括CPU、航速航向传感器、舵角传感器、制动器，航速航向传感器、舵角传感器、制动器均与CPU相连，CPU通过航速航向传感器获得船舶航速航向、通过舵角传感器获得期望信号后，控制制动器改变差速器的传动半轴的转速。