CN109733578B - 大功率、大尺寸调距桨桨毂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率、大尺寸调距桨桨毂，桨毂体一端与螺旋桨轴固定连接，另一端与伺服油缸体固定连接；活塞杆导架前端轴置于螺旋桨轴孔内衬套上，后端轴穿过桨毂体后端孔后与活塞固定连接，活塞杆导架中间外多边形凸台每一侧面设有滑槽；滑槽内有滑块，滑块内孔与曲柄盘的曲柄销相配连接，曲柄盘通过叶根螺栓与桨叶叶根法兰连接；活塞杆导架内套接有轴内双油管，内油管与后腔连通，外油管与前腔连通，当高压油通过桨毂内油管输入到后腔时，所述活塞与活塞杆导架一起沿轴线向艏端方向直线运动，曲柄盘与滑块形成的曲柄‑滑块机构带动桨叶绕其自身的桨叶轴线向增大螺距的方向旋转，完成正车调距，反之，当高压油通过桨毂外油管输入到前腔时，完成倒车调距。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶动力推进装置，尤其是一种推进装置的调距桨桨毂。
背景技术
调距桨装置因其优良的操控性能及船、机、桨匹配性能，广泛应用于船舶领域。桨毂作为调距装置的最终调距执行机构，是调距桨推进系统中的核心部件，用于连接推进轴系与桨叶，把推进轴功率传递给桨叶，并承受桨叶所受到的水动力推力和扭矩。桨毂主要构成零件的可靠性是调距桨的关键，关系到调距桨乃至整条船的生命力。随着大型船舶对调距桨装置的需求，需要一种新型大功率、大尺寸调距桨桨毂，以满足大功率船舶对调距桨装置的技术要求。因此，需要通过采用一种新结构形式的调距桨桨毂，以提高桨毂机构抵抗高强度载荷的能力和可靠性，满足目前船舶领域对大功率调距桨装置的需求，进而提升调距桨装置的功率适用范围。针对大功率、大尺寸桨毂的特点，设计的结构使得强度、刚度满足使用要求，同时减轻了关键零件的重量，并使得轴系内的油管可于从桨毂后端拆装。适用于船舶动力推进系统调距桨装置。
发明内容
本发明是要提供一种大功率、大尺寸调距桨桨毂，以提高桨毂机构抵抗高强度载荷的能力和可靠性，满足目前船舶领域对大功率调距桨装置的需求，进而提升调距桨装置的功率适用范围。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种大功率、大尺寸调距桨桨毂，具有至少一个活塞杆导架、一个桨毂体、一个伺服油缸体及活塞，多个对应桨叶个数的曲柄盘，所述桨毂体一端与螺旋桨轴固定连接，另一端与伺服油缸体固定连接；所述活塞杆导架的前端轴置于螺旋桨轴孔内衬套上，后端轴穿过桨毂体后端孔后与位于伺服油缸体内的活塞固定连接，所述活塞杆导架中间具有对应桨叶个数的外多边形凸台，所述外多边形凸台的每一侧面设有滑槽；所述滑槽内置有滑块，所述滑块的内孔与安装在桨毂体侧面的曲柄盘的曲柄销相配连接，形成曲柄-滑块机构；所述曲柄盘通过桨叶叶根法兰连接桨叶；所述活塞杆导架内套接有轴内双油管，轴内双油管的桨毂内油管与所述伺服油缸体和活塞连通，轴内双油管的桨毂外油管与所述伺服油缸体和活塞形成的前腔连通，当高压油通过桨毂内油管输入到后腔时，所述活塞与活塞杆导架一起沿轴线向艏端方向直线运动，所述曲柄盘与滑块形成的曲柄-滑块机构带动桨叶绕其自身的桨叶轴线向增大螺距的方向旋转，完成正车调距，反之，当高压油通过桨毂外油管输入到前腔时，完成倒车调距。
进一步，所述大功率、大尺寸调距桨桨毂通过轴法兰螺栓和扭力销与内孔设有轴内双油管的螺旋桨轴连接。
进一步，所述活塞杆导架采用锻件加工成空心结构，所述外多边形凸台内部具有内多边形凸台，所述外多边形凸台与内多边形凸台之间的受力部位设有减重孔。
进一步，所述滑槽两侧的正、倒车挡墙通过加强筋连接；所述滑槽对边的平台上设有防转条。
进一步，所述曲柄盘由胎膜锻模具锻制而成，所述胎膜锻模具，胎模具b中设有两个对应曲柄销的模具盲孔。
进一步，所述轴内双油管的桨毂内油管和桨毂外油管一起塞入活塞杆导架轴中心孔内，其中，所述桨毂内油管拧入轴内双油管接头的螺纹孔中；所述桨毂外油管直接插入轴内双油管接头的内孔中，并且桨毂外油管上通过预先安装的防转螺钉对准轴内双油管接头上的缺口槽；拧入六角螺母，并在六角螺母六角的方向放置矩形防松片，和桨毂外油管压环，其中矩形防松片卡在桨毂外油管压环的压环缺口内。
进一步，所述活塞杆导架上安装有单向节流止回阀，所述单向节流止回阀由阀体、阀芯、弹簧、垫圈、挡圈组成，阀体内置有阀芯，阀芯与阀体底部的垫圈及挡圈之间设有弹簧，阀体顶部设有限位止动作用的螺环。
本发明的有益效果是：
本发明采用单油缸、单曲柄—滑块式的转叶机构，适应桨毂直径为1000mm-2000mm的大功率桨毂，功率密度Pdensity适应1000-1800kw/m2，本发明的新型桨毂根据大功率、大尺寸桨毂的技术特点和要求，提高了曲柄盘、活塞杆等零件的承载能力，降低了静不平衡力矩，减轻了大功率桨毂重量，提高了拆卸工艺性能，从而提高了大功率、大尺寸桨毂的工作性能和可靠性。
P为轴功率，D为螺旋桨直径。
附图说明
图1是本发明的大功率、大尺寸调距桨桨毂纵向剖视图；
图2是图1中沿A-A的横向剖视图；
图3是现有桨毂中的活塞杆导架三维视图；
图4是图1和附图2中的活塞杆导架三维视图；
图5是图1和图2中的曲柄盘三维视图；
图6是本发明的实例曲柄盘模具三维视图；
图7是附图1中的油管端部局部放大图；
图8是图1中的桨毂外油管压环三维视图；
图9是图1中的静压单向节流止回阀；
图中，1.活塞杆导架，1a.减重孔，1b.防转条，1c.防转条连接螺钉，1e.“小五边形”，1f.加强筋，2.轴法兰螺栓，3.O形密封圈，4.桨叶密封圈，5.曲柄盘，5a.曲柄盘曲柄销，5b.曲柄盘模具，5c.模具销用孔，7.螺环，8.叶根螺栓，9.桨毂体，10.Y形密封圈，11.活塞，12.伺服油缸体，13.导流罩，14.垫圈，15.防松片，16.活塞螺钉，17.螺钉，18.油缸端盖，19.桨毂外油管压环，20.六角螺母，21.桨毂内油管，22.止动销，23.桨毂外油管，24油缸螺栓，25.轴法兰销，26.轴内双油管，27.螺钉，28.螺旋桨轴，29.桨叶叶根法兰，30.叶根销，31.滑块。
具体实施方式
下面以5叶桨桨毂实例，本发明技术方案同样适用，并涵盖4叶调距桨桨毂，结合附图进一步描述如下：
由图1、附图2可见，一种大功率、大尺寸调距桨桨毂，包括：活塞杆导架1、曲柄盘5、单向节流止回阀6、叶根螺栓8、桨毂体9、活塞11、桨毂外油管压环、桨毂内油管21、桨毂外油管23。
桨毂通过轴法兰螺栓3和扭力销25与内孔设有轴内双油管26的螺旋桨轴28连接，伺服油缸体12与桨毂体9通过油缸螺栓24连接，油缸活塞11位于伺服油缸体12内，桨叶叶根法兰29(附图中仅绘出桨叶叶根法兰部分)与桨毂中的曲柄盘5通过叶根螺栓8连接，叶根销30传递桨叶扭矩，活塞杆导架1前端置于螺旋桨轴28孔内衬套上，后端置于桨毂体9后端孔内，尾端通过一组螺钉16与活塞11相连接，滑块31的内孔与曲柄盘5的曲柄销相配合，同时滑块31置于活塞杆导架1的滑槽内，当高压油通过轴内双油管26中的内油管及桨毂内油管21输入到伺服油缸体12与活塞11形成的后腔(B腔)时，活塞11与活塞杆导架1一起沿轴线向艏端方向直线运动，曲柄盘5与滑块31形成的曲柄——滑块机构带动桨叶绕其自身的桨叶轴线向增大螺距的方向旋转，完成正车调距，此时伺服油缸体12与活塞11形成的前腔(A腔)回油；反之，高压油通过轴内双油管26中的外油管与内油管形成的环形腔及桨毂外油管23与桨毂内油管21环形腔输入到前腔(A腔)时，完成倒车调距。其中活塞杆导架1采用锻件结构，现有调距桨桨毂采用的活塞杆导架结构形式如图3所示，本发明实例活塞杆导架1结构形式如图4所示，正、倒车挡墙A,B由加强筋1f(见图2、图4)连接，如图4和图2中的“小五边形”1e与滑槽、挡墙的“大五边形”之间为空心结构，并在非受力部位设计出减重孔1a，这种结构既保证了应有的强度和刚度，又减少了重量，本实例活塞杆导架1重量相比可减轻20％；为了降低其旋转过程中产生的偏心力，大功率、大尺寸调距桨桨毂对活塞杆导架这样的大型锻件有静不平衡力矩要求，所以设计时包括防转条1b及防转条连接螺钉1c在内，对5孔相应部位进行优化设计，保证活塞杆质心处在轴心线上，考虑到加工因素，其中活塞杆的实际静不平衡力矩容易控制在最大允许值的65％左右。最大允许静不平衡力矩计算公式如下：
其中Mu最大允许静不平衡力矩(N·m)，m为活塞杆质量(kg)，r为桨毂额定转速(r/min)。
曲柄盘5锻件采用胚膜锻锻制，胎膜锻模具5b见图6，采用胚膜锻锻件，不但使得曲柄盘在毛坯投料重量较自由锻减少了约15％，更主要的是其机械性能优于自由锻，自由锻曲柄盘本体与曲柄销之间的纤维流线会在机加工时切断，而胚模锻锻件对表层纤维组织的切削破坏远小于自由锻，且锻造时锻件受三向压应力，组织致密度优于自由锻件。为了便于曲柄盘锻件制备及机加工，胚模具5b中设计加工成带两个对应曲柄销5a的模具盲孔5c。
调距桨装置的轴内双油管26的长度取决于轴系的长度及调距桨配油器的位置，一般由若干段组成。本调距桨桨毂与螺旋桨轴28装配时，见大功率调距桨桨毂纵向剖视图(图1)和油管端部局部放大图(图7)，在伺服油缸体12或油缸端盖18安装前，轴内双油管26相互连接好后通过活塞杆导架1轴中心孔推塞入轴系内孔中；其中桨毂内油管21和桨毂外油管23连接方法如下：桨毂内油管21和桨毂外油管23一起塞入活塞杆导架1轴中心孔内，先把桨毂内油管21拧入轴内双油管26接头的螺纹孔中；桨毂外油管23直接插入轴内双油管26接头的内孔中，安装时桨毂外油管23上预先安装的防转螺钉27对准轴内双油管26接头上的缺口槽；拧入六角螺母20，视螺母六角的方向放置矩形防松片15；放置桨毂外油管压环19(图8)，其中矩形防松片15卡在压环缺口19a内；然后拧入螺钉35。拆卸轴内油管时，则不需要把桨毂与螺旋桨轴拆开，打开油缸端盖18，拆下螺钉35、外油管压环19后则可通过工具拆出桨毂内、外油管和轴内双油管。
本发明桨毂在活塞杆导架1上设计安装有单向节流止回阀6(详见图9)，主要由阀体6a、阀芯6b、弹簧6c、垫圈6d、挡圈6e组成，螺环7起限位止动作用，正常工作情况下，润滑腔油路油液不流动，因阀芯6b头部带中心孔，桨毂润滑腔(见图1中的C腔)与轴系中的D腔压力相同，当拆卸桨叶时，C腔的液压会有溢出，如C腔、D腔直接连通，则轴系中大量液压也会流出。本桨毂因单向节流止回阀6的节流止回作用，D腔的油液不会大量流出(经阀芯6b头部带中心孔流出的油液可忽略)，因大功率、大尺寸桨毂通常与大直径、长轴系匹配使用，而且轴系往往沿艉部方向向下有一定倾斜，此结构可大大减少油液的流出。
需要说明的是，本发明的大功率、大尺寸调距桨桨毂，以提高桨毂机构抵抗高强度载荷的能力和可靠性，满足目前船舶领域对大功率调距桨装置的需求，进而提升调距桨装置的功率适用范围。主要特点如下：
(1)为满足大功率重载调距的要求，在保证足够强度，提高刚度同时为了减轻重量，活塞杆导架采用特殊结构的锻件结构(图4)，该结构形式可保证足够的强度，且刚度不低于现有结构形式的活塞杆(图3)，但重量可减轻20％，正倒车挡墙(受力部位附件)之间经加工后留有5个连接加强筋，并在非重要位置加工出5个减轻孔。该活塞杆的另一个特点是，因为防转条的存在，使得5孔对应的挡墙部分不完全相同，为了降低其旋转过程中产生的偏心力，对5孔相应部位进行优化设计，保证了活塞杆质心处在轴心线上。
(2)曲柄盘采用胚膜锻锻件，不但使得曲柄盘在毛坯投料重量较自由锻减少了约15％，更主要的是其机械性能优于自由锻，自由锻曲柄盘本体与曲柄销之间的纤维流线会在机加工时切断，而胚模锻锻件对表层纤维组织的切削破坏远小于自由锻，且锻造时锻件受三向压应力，组织致密度优于自由锻件。
(3)为了提高油管拆装的工艺性，设计采用了附图9中的结构形式，轴内油管可以从桨毂油缸后端拆装，而不需要拆卸桨毂与螺旋桨轴之间的连接。
(4)在拆卸桨叶时桨毂润滑腔的液压油会溢出，特别是对倾斜安装的大尺寸螺旋桨轴系，为大大减少液压油溢出，在活塞杆上设计了带节流孔的单向阀。
Claims (6)
1.一种大功率、大尺寸调距桨桨毂，具有至少一个活塞杆导架(1)、一个桨毂体(9)、一个伺服油缸体(12)及活塞(11)，多个对应桨叶个数的曲柄盘(5)，其特征在于：所述桨毂体(9)一端与螺旋桨轴(28)固定连接，另一端与伺服油缸体(12)固定连接；所述活塞杆导架(1)的前端轴置于螺旋桨轴(28)孔内衬套上，后端轴穿过桨毂体(9)后端孔后与位于伺服油缸体(12)内的活塞(11)固定连接，所述活塞杆导架(1)中间具有对应桨叶个数的外多边形凸台，所述外多边形凸台的每一侧面设有滑槽；所述滑槽内置有滑块(31)，所述滑槽对边的平台上设有防转条；所述滑块(31)的内孔与安装在桨毂体(9)侧面的曲柄盘(5)的曲柄销相配连接，形成曲柄-滑块机构；所述曲柄盘(5)通过桨叶叶根法兰(29)连接桨叶；所述活塞杆导架(1)上安装有单向节流止回阀(6)，所述活塞杆导架(1)内套接有轴内双油管(26)，轴内双油管(26)的桨毂内油管(21)与所述伺服油缸体(12)和活塞(11)连通，轴内双油管(26)的桨毂外油管(23)与所述伺服油缸体(12)和活塞(11)形成的前腔连通，当高压油通过桨毂内油管(21)输入到后腔时，所述活塞(11)与活塞杆导架(1)一起沿轴线向艏端方向直线运动，所述曲柄盘(5)与滑块(31)形成的曲柄-滑块机构带动桨叶绕其自身的桨叶轴线向增大螺距的方向旋转，完成正车调距，反之，当高压油通过桨毂外油管(23)输入到前腔时，完成倒车调距；所述轴内双油管(26)的桨毂内油管(21)和桨毂外油管(23)一起塞入活塞杆导架(1)轴中心孔内，其中，所述桨毂内油管(21)拧入轴内双油管(26)接头的螺纹孔中；所述桨毂外油管(23)直接插入轴内双油管(26)接头的内孔中，并且桨毂外油管(23)上通过预先安装的防转螺钉(27)对准轴内双油管(26)接头上的缺口槽；拧入六角螺母(20)，并在六角螺母(20)六角的方向放置矩形防松片(15)，和桨毂外油管压环(19)，其中矩形防松片(15)卡在桨毂外油管压环(19)的压环缺口(19a)内。
2.根据权利要求1所述的大功率、大尺寸调距桨桨毂，其特征在于：所述大功率、大尺寸调距桨桨毂通过轴法兰螺栓(3)和扭力销(25)与内孔设有轴内双油管(26)的螺旋桨轴(28)连接。
3.根据权利要求1所述的大功率、大尺寸调距桨桨毂，其特征在于：所述活塞杆导架(1)采用锻件加工成空心结构，所述外多边形凸台内部具有内多边形凸台，所述外多边形凸台与内多边形凸台之间的受力部位设有减重孔。
4.根据权利要求1所述的大功率、大尺寸调距桨桨毂，其特征在于：所述滑槽两侧的正、倒车挡墙通过加强筋连接。
5.根据权利要求1所述的大功率、大尺寸调距桨桨毂，其特征在于：所述曲柄盘(5)由胎膜锻模具锻制而成，所述胎膜锻模具，胎模具(5b)中设有两个对应曲柄销的模具盲孔。
6.根据权利要求1所述的大功率、大尺寸调距桨桨毂，其特征在于：所述单向节流止回阀(6)由阀体(6a)、阀芯(6b)、弹簧(6c)、垫圈(6d)、挡圈(6e)组成，阀体(6a)内置有阀芯(6b)，阀芯(6b)与阀体(6a)底部的垫圈(6d)及挡圈(6e)之间设有弹簧(6c)，阀体(6a)顶部设有限位止动作用的螺环(7)。
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