CN109050863A - 分体式双叶结构船用舵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式双叶结构船用舵及其控制方法，所属船舶机械转向机构技术领域，包括螺旋桨，螺旋桨上设有与螺旋桨相套接的螺旋桨转向支架，螺旋桨转向支架上端设有蜗轮蜗杆转向器，蜗轮蜗杆转向器下端前部设有舵叶转向支架，舵叶转向支架下方设有右舵叶和左舵叶。舵叶转向支架包括左右两舵叶支撑板，舵叶支撑板与蜗轮蜗杆转向器之间设有与蜗轮蜗杆转向器相蜗轮蜗杆式旋接的转向柱，舵叶支撑板上设有与螺旋桨转向支架相旋转式限位套接的舵叶支撑旋套，舵叶支撑旋套与舵叶支撑板之间设有伸缩连接杆。具有结构紧凑、操纵方便、结构可靠、节能环保和转向稳定性好的优点。解决了船体转向不灵活和不稳定的问题。

Description

分体式双叶结构船用舵及其控制方法

技术领域

本发明涉及船舶机械转向机构技术领域，具体涉及一种分体式双叶结构船用舵及其控制方法。

背景技术

随着国内外经济增长，海运贸易和内河运输量大幅增长，世界船舶需求稳定、旺盛。船用舵作为船舶动力传动装置系统的关键部件，其行业发展与船舶制造业息息相关，对于制造业有着举足轻重的影响，船舶是海洋中必不可少的运输方式，因此远洋运输和捕捞作业应用十分广泛。目前，我国远洋运输和捕捞作业所使用的船舶基本上是机动的，机动船除了配有动力发动机外，还必须配备动力转向装置。为赶上船舶制造业的飞速发展，从而对船舶机械的动力转向装置提出了更高技术方面的要求，生产厂家投入一部分研发资金用于进行技术创新，随即高效先进的机械制动设备将会蜂涌而来。

现有技术的船用舵，一般都是在船舶尾部设置一个可转动的板式装置，通过水流冲击倾斜的板产生的横向分力来实现调整船舶航行方向。现有技术的船用舵一般都安装在船舶纵向中心线上，由于舵的强度需要，它必须有一定厚度，而一定厚度的舵对水流就会形成一定的阻力，造成能量的浪费。正常航行时由于舵的回转中误差，极易造成船舶偏航，从而引起操作者不断的微调航行方向。常用的船用舵在高速航行时由于水流阻力大，操控力也大，需要复杂的液压机构才能操纵方向，且水流作用在舵上的作用力只能有部分转换为横向力，造成转弯半径大、操控不灵活，特别是在靠岸时，船舶没有横向移动能力，许多大型船舶还需要设置侧推装置来增加船舶的操控性。

发明内容

本发明主要解决现有技术中存在结构复杂、能量浪费和操纵不平稳的不足，提供了一种分体式双叶结构船用舵及其控制方法，其具有结构紧凑、操纵方便、结构可靠、节能环保和转向稳定性好的特点。解决了船体转向不灵活和不稳定的问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种分体式双叶结构船用舵，包括螺旋浆，所述的螺旋浆上设有与螺旋浆相套接的螺旋浆转向支架，所述的螺旋浆转向支架上端设有蜗轮蜗杆转向器，所述的蜗轮蜗杆转向器下端前部设有舵叶转向支架，所述的舵叶转向支架下方设有右舵叶和左舵叶。所述的舵叶转向支架包括左右两舵叶支撑板，所述的舵叶支撑板与蜗轮蜗杆转向器之间设有与蜗轮蜗杆转向器相蜗轮蜗杆式旋接的转向柱，所述的舵叶支撑板上设有与螺旋浆转向支架相旋转式限位套接的舵叶支撑旋套，所述的舵叶支撑旋套与舵叶支撑板之间设有伸缩连接杆。

将传统的单体结构船用舵改进为两叶结构分体式舵，对称布置在螺旋桨两侧，调整船舶航向时可根据需要操纵单侧舵叶旋转或两侧舵叶同时旋转，可以将螺旋桨产生的推力转化为更多横向推力。采用蜗轮蜗杆的传动方式，实现右舵叶和左舵叶对船舶方向和节能的把控，提高操纵性能。

作为优选，所述的螺旋浆转向支架包括支架体，所述的支架体内设有与蜗轮蜗杆转向器相蜗轮蜗杆式旋接的转向轴，所述的支架体下部设有与支架体相活动式套接的螺旋浆转向旋架，所述的螺旋浆转向旋架与螺旋浆之间设有螺旋浆动力导向管。

通过蜗轮蜗杆的原理和多级齿轮的齿轮比，实现对螺旋浆的灵活转向。提高船舶转向的稳定性。

作为优选，所述的舵叶支撑旋套下方设有与支架体相套接的拉杆套，所述的拉杆套与螺旋浆动力导向管之间设有与转向轴相活动式齿形旋转连接的转向拉杆。

转向拉杆在拉杆套内与转向轴相轴向齿轮进行齿形啮合旋转，实现螺旋浆的转向摆动。

作为优选，所述的螺旋浆通过转向拉杆与螺旋浆动力导向管同步左右进行3度～15度旋转。

转向或调整航向时，螺旋浆动力导向管为螺旋浆提供旋转动力的同时，同步带动螺旋浆转角摆动。起到保证船速的同时提高船舶转向的灵敏度。

作为优选，所述的舵叶支撑板分别与右舵叶、左舵叶相螺栓式固定连接，所述的右舵叶、左舵叶的横剖截面呈内侧面平行于船舶轴线、外侧是中凸结构，且两侧平滑圆弧连接。

右舵叶、左舵叶采用机翼型的复板舵结构，实现节能助力的作用。

作为优选，所述右舵叶、左舵叶由蜗轮蜗杆转向器驱动转向柱可各自以自身轴心旋转，所述的右舵叶能够向左进行0度～90度旋转，所述的左舵叶能够向右进行0度～90度旋转。

在需要减速时还可以将两侧舵叶相对旋转45度，对水流产生封堵作用，从而起到刹车制动作用。分布在螺旋桨两侧的舵叶正常航行时可以将螺旋桨排向两侧的水流导向为向船舶后面流动，从而产生对船舶的反向推力，起到节能的作用。

作为优选，所述的分体式双叶结构船用舵的控制方法包括如下操作步骤：

（一）、装配方法：

第一步：将加工好的支架体、转向轴、螺旋浆转向旋架和拉杆套组装成螺旋浆转向支架，同时将加工好的转向柱、舵叶支撑板、舵叶支撑旋套和伸缩连接杆组装成舵叶转向支架，并且采用一对左右对称分布的舵叶支撑旋套与螺旋浆转向支架的支架体相套接限位，完成螺旋浆转向支架与舵叶转向支架的装配工作。

第二步：将组装好的螺旋浆转向支架的转向轴和舵叶转向支架的转向柱分别与蜗轮蜗杆转向器相轴套式花键连接。

第三步：取螺旋浆与螺旋浆动力导向管相平键螺母式套接固定，再将螺旋浆动力导向管与螺旋浆转向旋架相活动式套接，并且螺旋浆动力导向管延伸至与动力输出马达相联轴器式轴孔套接，此时将螺旋浆动力导向管两侧安装转向拉杆与拉杆套相活动式连接；

第四步：最后将右舵叶、左舵叶与舵叶支撑板相螺栓式固定连接，完成分体式双叶结构船用舵整体安装。

（二）、操控方法：蜗轮蜗杆转向器采用内部设有的蜗轮和蜗杆组件，对螺旋浆转向支架上的螺旋浆动力导向管和两舵叶转向支架上的右舵叶、左舵叶进行旋转控制，实现对船体左偏转、右偏转、刹车制动、左满舵、右满舵和节能前行的操作控制。

当需要左偏转时，根据需求通过方向盘控制左舵叶进行0～60度旋转，右舵叶保持与船体水平。

当需要右偏转时，根据需求通过方向盘控制右舵叶进行0～60度旋转，左舵叶保持与船体水平。

当需要减速时，可以将右舵叶、左舵叶相对旋转0～45度，对水流产生封堵作用，控制航行速度。

当需要减速停船时，可以将右舵叶、左舵叶同步相对旋转45度，从而起到刹车制动作用。

在正常航行时，分布在螺旋桨两侧的左、右舵叶，可以将螺旋桨排向两侧的水流导向为向船舶后面流动，从而产生对船舶的反向推力，起到节能的作用。

当需要左满舵时，螺旋桨向右摆角15度，左舵叶旋转90度，右舵叶保持与船体水平。

当需要右满舵时，螺旋桨向左摆角15度，右舵叶旋转90度，左舵叶保持与船体水平。

（三）、维护方法：

步骤一：先将船架于检修台上，首先运行蜗轮蜗杆转向器分别测试旋转螺旋浆转向支架、两舵叶转向支架的转动角度和旋转速度，检查旋转螺旋浆转向支架、两舵叶转向支架是否正常运行，排出卡顿后旋转速度不均匀的故障。

步骤二：开启马达，空运行螺旋桨。观察转速是否正常，听马达与螺旋浆动力导向管驱动是否有异响。

步骤三：同步开启马达和蜗轮蜗杆转向器操控系统，通过联动模式对分体式双叶结构船用舵的左偏转、右偏转、刹车制动、左满舵、右满舵和节能前行的工作模式进行测试。

步骤四：确认分体式双叶结构船用舵正常，停机并对转向轴、转向柱、转向拉杆、舵叶支撑旋套、伸缩连接杆和蜗轮蜗杆转向器内的蜗轮与蜗杆添加润滑脂，减少运行时部件传动及摩擦而产生的热量。

作为优选，当螺旋桨进行摆角时，转向轴的旋转速度为0.2～0.3m/s，旋转角度为-15度～15度。转向拉杆的拉伸速度为0.05～0.075 m/s。

当右舵叶、左舵叶进行旋转时，转向柱的旋转速度为0.6～0.9m/s，旋转角度为0度～90度。

当正常航行时，通过马达驱动螺旋浆动力导向管带动螺旋桨以1500～2100r/min的转速进行工作。

本发明能够达到如下效果：

本发明提供了一种分体式双叶结构船用舵及其控制方法，与现有技术相比较，具有结构紧凑、操纵方便、结构可靠、节能环保和转向稳定性好的优点。解决了船体转向不灵活和不稳定的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的一种侧视结构示意图。

图3是本发明的左满舵的结构示意图。

图4是本发明的右满舵的结构示意图。

图5是本发明的左右舵叶的横剖截面图。

图中：螺旋浆转向支架1，蜗轮蜗杆转向器2，舵叶转向支架3，右舵叶4， 螺旋浆5，左舵叶6，支架体7，转向轴8，转向柱9，舵叶支撑板10，转向拉杆11，螺旋浆动力导向管12，螺旋浆转向旋架13，拉杆套14，舵叶支撑旋套15，伸缩连接杆16。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：如图1-5所示，一种分体式双叶结构船用舵，包括螺旋浆5，螺旋浆5上设有与螺旋浆5相套接的螺旋浆转向支架1，螺旋浆转向支架1上端设有蜗轮蜗杆转向器2，蜗轮蜗杆转向器2下端前部设有舵叶转向支架3，舵叶转向支架3下方设有右舵叶4和左舵叶6。右舵叶4、左舵叶6由蜗轮蜗杆转向器2驱动转向柱9可各自以自身轴心旋转，右舵叶4能够向左进行90度旋转，左舵叶6能够向右进行90度旋转。

舵叶转向支架3包括左右两舵叶支撑板10，舵叶支撑板10分别与右舵叶4、左舵叶6相螺栓式固定连接，右舵叶4、左舵叶6的横剖截面呈内侧面平行于船舶轴线、外侧是中凸结构，且两侧平滑圆弧连接。舵叶支撑板10与蜗轮蜗杆转向器2之间设有与蜗轮蜗杆转向器2相蜗轮蜗杆式旋接的转向柱9，舵叶支撑板10上设有与螺旋浆转向支架1相旋转式限位套接的舵叶支撑旋套15，螺旋浆5通过转向拉杆11与螺旋浆动力导向管12同步左右进行10度旋转。舵叶支撑旋套15与舵叶支撑板10之间设有伸缩连接杆16。

螺旋浆转向支架1包括支架体7，支架体7内设有与蜗轮蜗杆转向器2相蜗轮蜗杆式旋接的转向轴8，支架体7下部设有与支架体7相活动式套接的螺旋浆转向旋架13，螺旋浆转向旋架13与螺旋浆5之间设有螺旋浆动力导向管12。舵叶支撑旋套15下方设有与支架体7相套接的拉杆套14，拉杆套14与螺旋浆动力导向管12之间设有与转向轴8相活动式齿形旋转连接的转向拉杆11。

分体式双叶结构船用舵的控制方法包括如下操作步骤：

（一）、装配方法：

第一步：将加工好的支架体7、转向轴8、螺旋浆转向旋架13和拉杆套14组装成螺旋浆转向支架1，同时将加工好的转向柱9、舵叶支撑板10、舵叶支撑旋套15和伸缩连接杆16组装成舵叶转向支架3，并且采用一对左右对称分布的舵叶支撑旋套15与螺旋浆转向支架1的支架体7相套接限位，完成螺旋浆转向支架1与舵叶转向支架3的装配工作。

第二步：将组装好的螺旋浆转向支架1的转向轴8和舵叶转向支架3的转向柱9分别与蜗轮蜗杆转向器2相轴套式花键连接。

第三步：取螺旋浆5与螺旋浆动力导向管12相平键螺母式套接固定，再将螺旋浆动力导向管12与螺旋浆转向旋架13相活动式套接，并且螺旋浆动力导向管12延伸至与动力输出马达相联轴器式轴孔套接，此时将螺旋浆动力导向管12两侧安装转向拉杆11与拉杆套14相活动式连接；

第四步：最后将右舵叶4、左舵叶6与舵叶支撑板10相螺栓式固定连接，完成分体式双叶结构船用舵整体安装。

（二）、操控方法：蜗轮蜗杆转向器2采用内部设有的蜗轮和蜗杆组件，对螺旋浆转向支架1上的螺旋浆动力导向管12和两舵叶转向支架3上的右舵叶4、左舵叶6进行旋转控制，实现对船体左偏转、右偏转、刹车制动、左满舵、右满舵和节能前行的操作控制。

当需要左偏转时，根据需求通过方向盘控制左舵叶6进行0～60度旋转，右舵叶4保持与船体水平。

当需要右偏转时，根据需求通过方向盘控制右舵叶4进行0～60度旋转，左舵叶6保持与船体水平。

当需要减速时，可以将右舵叶4、左舵叶6相对旋转0～45度，对水流产生封堵作用，控制航行速度。

当需要减速停船时，可以将右舵叶4、左舵叶6同步相对旋转45度，从而起到刹车制动作用。

在正常航行时，分布在螺旋桨5两侧的左、右舵叶，可以将螺旋桨5排向两侧的水流导向为向船舶后面流动，从而产生对船舶的反向推力，起到节能的作用。

当需要左满舵时，螺旋桨5向右摆角15度，左舵叶6旋转90度，右舵叶4保持与船体水平。

当需要右满舵时，螺旋桨5向左摆角15度，右舵叶4旋转90度，左舵叶6保持与船体水平。

（三）、维护方法：

步骤一：先将船架于检修台上，首先运行蜗轮蜗杆转向器2分别测试旋转螺旋浆转向支架1、两舵叶转向支架3的转动角度和旋转速度，检查旋转螺旋浆转向支架1、两舵叶转向支架3是否正常运行，排出卡顿后旋转速度不均匀的故障。

步骤二：开启马达，空运行螺旋桨5。观察转速是否正常，听马达与螺旋浆动力导向管12驱动是否有异响。

步骤三：同步开启马达和蜗轮蜗杆转向器2操控系统，通过联动模式对分体式双叶结构船用舵的左偏转、右偏转、刹车制动、左满舵、右满舵和节能前行的工作模式进行测试。

步骤四：确认分体式双叶结构船用舵正常，停机并对转向轴8、转向柱9、转向拉杆11、舵叶支撑旋套15、伸缩连接杆16和蜗轮蜗杆转向器2内的蜗轮与蜗杆添加润滑脂，减少运行时部件传动及摩擦而产生的热量。

当螺旋桨5进行摆角时，转向轴8的旋转速度为0.2m/s，转向拉杆11的拉伸速度为0.05 m/s。

当右舵叶4、左舵叶6进行旋转时，转向柱9的旋转速度为0.6m/s。

当正常航行时，通过马达驱动螺旋浆动力导向管12带动螺旋桨5以1500r/min的转速进行工作。

综上所述，该分体式双叶结构船用舵及其控制方法，将传统的单体结构船用舵改进为两叶结构分体式舵，对称布置在螺旋桨5两侧，调整船舶航向时可根据需要操纵单侧舵叶旋转或两侧左、右舵叶同时旋转，可以将螺旋桨5产生的推力转化为更多横向推力具有结构紧凑、操纵方便、结构可靠、节能环保和转向稳定性好的特点。解决了船体转向不灵活和不稳定的问题。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种分体式双叶结构船用舵，包括螺旋浆（5），其特征在于：所述的螺旋浆（5）上设有与螺旋浆（5）相套接的螺旋浆转向支架（1），所述的螺旋浆转向支架（1）上端设有蜗轮蜗杆转向器（2），所述的蜗轮蜗杆转向器（2）下端前部设有舵叶转向支架（3），所述的舵叶转向支架（3）下方设有右舵叶（4）和左舵叶（6）；所述的舵叶转向支架（3）包括左右两舵叶支撑板（10），所述的舵叶支撑板（10）与蜗轮蜗杆转向器（2）之间设有与蜗轮蜗杆转向器（2）相蜗轮蜗杆式旋接的转向柱（9），所述的舵叶支撑板（10）上设有与螺旋浆转向支架（1）相旋转式限位套接的舵叶支撑旋套（15），所述的舵叶支撑旋套（15）与舵叶支撑板（10）之间设有伸缩连接杆（16）。

2.根据权利要求1所述的分体式双叶结构船用舵，其特征在于：所述的螺旋浆转向支架（1）包括支架体（7），所述的支架体（7）内设有与蜗轮蜗杆转向器（2）相蜗轮蜗杆式旋接的转向轴（8），所述的支架体（7）下部设有与支架体（7）相活动式套接的螺旋浆转向旋架（13），所述的螺旋浆转向旋架（13）与螺旋浆（5）之间设有螺旋浆动力导向管（12）。

3.根据权利要求2所述的分体式双叶结构船用舵，其特征在于：所述的舵叶支撑旋套（15）下方设有与支架体（7）相套接的拉杆套（14），所述的拉杆套（14）与螺旋浆动力导向管（12）之间设有与转向轴（8）相活动式齿形旋转连接的转向拉杆（11）。

4.根据权利要求3所述的分体式双叶结构船用舵，其特征在于：所述的螺旋浆（5）通过转向拉杆（11）与螺旋浆动力导向管（12）同步左右进行3度～15度旋转。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的分体式双叶结构船用舵，其特征在于：所述的舵叶支撑板（10）分别与右舵叶（4）、左舵叶（6）相螺栓式固定连接，所述的右舵叶（4）、左舵叶（6）的横剖截面呈内侧面平行于船舶轴线、外侧是中凸结构，且两侧平滑圆弧连接。

6.根据权利要求5所述的分体式双叶结构船用舵，其特征在于：所述右舵叶（4）、左舵叶（6）由蜗轮蜗杆转向器（2）驱动转向柱（9）可各自以自身轴心旋转，所述的右舵叶（4）能够向左进行0度～90度旋转，所述的左舵叶（6）能够向右进行0度～90度旋转。

7.根据权利要求6所述的一种分体式双叶结构船用舵的控制方法，其特征在于按如下操作步骤：

（一）、装配方法：

第一步：将加工好的支架体（7）、转向轴（8）、螺旋浆转向旋架（13）和拉杆套（14）组装成螺旋浆转向支架（1），同时将加工好的转向柱（9）、舵叶支撑板（10）、舵叶支撑旋套（15）和伸缩连接杆（16）组装成舵叶转向支架（3），并且采用一对左右对称分布的舵叶支撑旋套（15）与螺旋浆转向支架（1）的支架体（7）相套接限位，完成螺旋浆转向支架（1）与舵叶转向支架（3）的装配工作；

第二步：将组装好的螺旋浆转向支架（1）的转向轴（8）和舵叶转向支架（3）的转向柱（9）分别与蜗轮蜗杆转向器（2）相轴套式花键连接；

第三步：取螺旋浆（5）与螺旋浆动力导向管（12）相平键螺母式套接固定，再将螺旋浆动力导向管（12）与螺旋浆转向旋架（13）相活动式套接，并且螺旋浆动力导向管（12）延伸至与动力输出马达相联轴器式轴孔套接，此时将螺旋浆动力导向管（12）两侧安装转向拉杆（11）与拉杆套（14）相活动式连接；

第四步：最后将右舵叶（4）、左舵叶（6）与舵叶支撑板（10）相螺栓式固定连接，完成分体式双叶结构船用舵整体安装；

（二）、操控方法：蜗轮蜗杆转向器（2）采用内部设有的蜗轮和蜗杆组件，对螺旋浆转向支架（1）上的螺旋浆动力导向管（12）和两舵叶转向支架（3）上的右舵叶（4）、左舵叶（6）进行旋转控制，实现对船体左偏转、右偏转、刹车制动、左满舵、右满舵和节能前行的操作控制；

当需要左偏转时，根据需求通过方向盘控制左舵叶（6）进行0～60度旋转，右舵叶（4）保持与船体水平；

当需要右偏转时，根据需求通过方向盘控制右舵叶（4）进行0～60度旋转，左舵叶（6）保持与船体水平；

当需要减速时，可以将右舵叶（4）、左舵叶（6）相对旋转0～45度，对水流产生封堵作用，控制航行速度；

当需要减速停船时，可以将右舵叶（4）、左舵叶（6）同步相对旋转45度，从而起到刹车制动作用；

在正常航行时，分布在螺旋桨（5）两侧的左、右舵叶，可以将螺旋桨（5）排向两侧的水流导向为向船舶后面流动，从而产生对船舶的反向推力，起到节能的作用；

当需要左满舵时，螺旋桨（5）向右摆角15度，左舵叶（6）旋转90度，右舵叶（4）保持与船体水平；

当需要右满舵时，螺旋桨（5）向左摆角15度，右舵叶（4）旋转90度，左舵叶（6）保持与船体水平；

（三）、维护方法：

步骤一：先将船架于检修台上，首先运行蜗轮蜗杆转向器（2）分别测试旋转螺旋浆转向支架（1）、两舵叶转向支架（3）的转动角度和旋转速度，检查旋转螺旋浆转向支架（1）、两舵叶转向支架（3）是否正常运行，排出卡顿后旋转速度不均匀的故障；

步骤二：开启马达，空运行螺旋桨（5）；观察转速是否正常，听马达与螺旋浆动力导向管（12）驱动是否有异响；

步骤三：同步开启马达和蜗轮蜗杆转向器（2）操控系统，通过联动模式对分体式双叶结构船用舵的左偏转、右偏转、刹车制动、左满舵、右满舵和节能前行的工作模式进行测试；

步骤四：确认分体式双叶结构船用舵正常，停机并对转向轴（8）、转向柱（9）、转向拉杆（11）、舵叶支撑旋套（15）、伸缩连接杆（16）和蜗轮蜗杆转向器（2）内的蜗轮与蜗杆添加润滑脂，减少运行时部件传动及摩擦而产生的热量。

8.根据权利要求7所述的一种分体式双叶结构船用舵的控制方法，其特征在于：当螺旋桨（5）进行摆角时，转向轴（8）的旋转速度为0.2～0.3m/s，旋转角度为-15度～15度；转向拉杆（11）的拉伸速度为0.05～0.075 m/s；当右舵叶（4）、左舵叶（6）进行旋转时，转向柱（9）的旋转速度为0.6～0.9m/s，旋转角度为0度～90度；当正常航行时，通过马达驱动螺旋浆动力导向管（12）带动螺旋桨（5）以1500～2100r/min的转速进行工作。