CN113636057B - 一种可实现正倒车舵转换的分离舵 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可实现正倒车舵转换的分离舵，包括上舵叶、下舵叶，上舵叶通过上舵叶伸缩旋转杆连接上舵叶调节机构，上舵叶调节机构通过上连接杆连接上舵叶转换旋转杆，上舵叶转换旋转杆连接上舵叶转换电机，下舵叶通过下舵叶伸缩旋转杆连接下舵叶调节机构，下舵叶调节机构通过下连接杆连接下舵叶转换旋转杆，下舵叶转换旋转杆连接下舵叶转换电机，正车状态时，上舵叶和下舵叶贴合成正车舵并位于螺旋桨后方，倒车状态时，上舵叶和下舵叶相对齐，并位于螺旋桨前方。本发明不仅改善了目前常用的组合推进操纵系统存在的不足，也能够保留其原有的功能和优势，更好地提高了船舶的操纵性能。

Description

一种可实现正倒车舵转换的分离舵

技术领域

本发明涉及的是一种船舶控制装置，具体地说是船舶的舵。

背景技术

大部分内河航道狭窄、来往船只多，船舶转弯、避碰、靠离码头、进出船闸频繁。因而除了要求船舶具有优良的正车操纵性能外，船舶的倒航操纵性能也显得尤为重要。

理论研究和实际操作表明，船舶倒航时舵效明显比正航时差，对于单桨船舶而言，船舶倒航时，由于流经舵的水流方向和速度发生改变，使得舵叶的随缘变成了迎流缘，舵叶的水动力性能变差，加上舵压力的降低，使得舵几乎失去了对船舶航向的控制能力。因此大部分推船采用“正车舵(襟叶舵)+固定导管+双倒车舵(侧翼舵)”组合推进操纵系统来提高船舶的操纵性能。但由于倒车舵装在螺旋桨前方，且仅在倒航时操纵使用，在占大部分航行时间的正航状态下，倒车舵保持某一初始舵角固定不动，不仅增加了阻力，还会影响螺旋桨的来流效果，从而影响螺旋桨的性能。同理，在船舶倒航状态下，正车舵位于螺旋桨后方保持某一舵角固定不动，也会对船舶倒航操纵性能产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供既保持了船舶正航时的螺旋桨性能、又提高了船舶倒航操纵性能一种可实现正倒车舵转换的分离舵。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种可实现正倒车舵转换的分离舵，其特征是：包括上舵叶、下舵叶，上舵叶通过上舵叶伸缩旋转杆连接上舵叶调节机构，上舵叶调节机构通过上连接杆连接上舵叶转换旋转杆，上舵叶转换旋转杆连接上舵叶转换电机，下舵叶通过下舵叶伸缩旋转杆连接下舵叶调节机构，下舵叶调节机构通过下连接杆连接下舵叶转换旋转杆，下舵叶转换旋转杆连接下舵叶转换电机，正车状态时，上舵叶和下舵叶贴合成正车舵并位于螺旋桨后方，倒车状态时，上舵叶和下舵叶相对齐，并位于螺旋桨前方。

本发明还可以包括：

1、上舵叶转换旋转杆和下舵叶转换旋转杆位于螺旋桨的两侧，当上舵叶转换旋转杆和下舵叶转换旋转杆做旋转运动时，上舵叶调节机构做以上舵叶转换旋转杆为中轴线的回转运动，下舵叶调节机构做以下舵叶转换旋转杆为中轴线的回转运动。

2、所述上舵叶调节机构包括上舵叶调节机构密封外壳，上舵叶调节机构密封外壳里设置正车从动锥齿轮、倒车从动锥齿轮、主动锥齿轮、主动直齿轮、从动圆柱型齿条、上舵叶控制电机，主动锥齿轮、主动直齿轮同轴布置于上舵叶控制电机的输出轴上，正车从动锥齿轮、倒车从动锥齿轮分别位于从动圆柱型齿条的两端，倒车从动锥齿轮连接上舵叶伸缩旋转杆，主动直齿轮与从动圆柱型齿条相啮合，主动锥齿轮在正车情况下与正车从动锥齿轮相啮合，主动锥齿轮在倒车情况下与倒车从动锥齿轮相啮合；所述下舵叶调节机构与上舵叶调节机构结构相同。

3、主动锥齿轮的内径比主动直齿轮的外径大。

4、当倒航时，上舵叶控制电机向右平移，从而使主动锥齿轮与正车从动锥齿轮分离，继续向右平移直到主动直齿轮与从动圆柱型齿条相啮合，上舵叶控制电机带动主动直齿轮转动，上舵叶伸缩旋转杆上移，即带动上舵叶上移，当从动圆柱型齿条上移到上止点时，上舵叶控制电机停止转动，上舵叶控制电机向左平移，从而使主动直齿轮与从动圆柱型齿条分离，继续向左平移直到主动锥齿轮与正车从动锥齿轮相啮合；下舵叶的下移与上舵叶相同，完成上舵叶、下舵叶分离。

5、上舵叶、下舵叶完成分离后，上舵叶转换电机、下舵叶转换电机工作，带动上舵叶转换旋转杆、下舵叶转换旋转杆转动，上舵叶转换电机、下舵叶转换电机的转动方向相反，使得上舵叶转换旋转杆、下舵叶转换旋转杆分别通过上连接杆和下连接杆带动上舵叶调节机构、下舵叶调节机构及上舵叶、下舵叶向螺旋桨外侧转动，直至上舵叶调节机构、下舵叶调节机构移动到螺旋桨传动轴线的上方和下方，上舵叶和下舵叶旋转调节，使得上舵叶和下舵叶相对齐，完成从正车舵至倒车舵的转换。

本发明的优势在于：当船舶处于正航状态时，将舵叶布置在螺旋桨后方，形成正车舵，与目前推船采用的组合推进操纵系统相比，不存在两个倒车舵对螺旋桨来流的影响，保证了船舶正航时螺旋桨的性能，并且不存在由于设置两个倒车舵而附加的船舶航行阻力；当船舶处于倒航状态时，通过回转机构将舵叶布置于螺旋桨前方，形成倒车舵。一方面使得舵叶迎流缘不变，保证了舵叶的水动力性能，另一方面，通过分离舵叶可使得舵叶不受螺旋桨传动轴的阻碍而布置在正对螺旋桨水流的位置上，使得舵速(舵相对于水的速度)最大，从而保证了舵压力，即保证了舵效。相比于组合推进操纵系统具有更加优良的倒航操纵性能。同时在调节船舶航向时，两舵叶可根据各自所处位置的水流速度选择各自最佳的旋转角度，不再受一体舵叶的限制，以更好地提高船舶的操纵性能。在实际应用中，采用本专利所述的分离舵的船舶同样可以为螺旋桨加装导管以提升螺旋桨的性能，并不影响分离舵的布置和功能。故本发明不仅改善了目前常用的组合推进操纵系统存在的不足，也能够保留其原有的功能和优势。

附图说明

图1是本发明处于正车舵时的主视图；

图2是本发明处于正车舵时的左视图；

图3是本发明处于正车舵时的俯视图；

图4是本发明处于倒车舵时的主视图；

图5是本发明处于倒车舵时的左视图；

图6是本发明处于倒车舵时的俯视图；

图7是本发明处于正车舵时的上舵叶调节机构的结构示意图；

图8是本发明处于分离过程中的上舵叶调节机构的结构示意图；

图9是本发明处于倒车舵时的上舵叶调节机构的结构示意图。

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1-9，本发明可实现正倒车舵转换的分离舵包括上舵叶调节机构2、上舵叶伸缩旋转杆3、上舵叶4、下舵叶5、下舵叶伸缩旋转杆6、下舵叶调节机构7、连接杆8/11、转换旋转杆9/14、转换旋转电机12/13。

转换旋转电机布置在船尾内部，与转换旋转杆一起组成了用于正倒车舵转换的回转机构。舵叶调节机构2/7通过连接杆8/11与转换旋转杆9/14相固定，而舵叶固定在伸缩旋转杆3/6上，随伸缩旋转杆的运动而运动。两个转换旋转杆9/10分别位于螺旋桨的两侧，当转换旋转杆在转换旋转电机12/13的带动下做旋转运动时，舵叶调节机构连同舵叶一起做以转换旋转杆为中轴线的回转运动，从而能够实现舵叶相对于螺旋桨位置的改变。

舵叶调节机构2/7布置于船体外部，主要由密封外壳15、舵叶控制电机21、液压调节装置22、锥齿轮16/19/20、直齿轮17以及圆柱形齿条18组成。其中舵叶控制电机的电路与液压调节装置的液压油管路均布置在连接杆8/12和转换旋转杆9/10的内部通道中，一直通到船体内部，接收驾驶室的信号而做出相应的动作。直齿轮17和锥齿轮20同轴布置于舵叶控制电机21的输出轴上，同时锥齿轮内径比直齿轮外径大。依靠液压调节装置能够使舵叶控制电机水平移动，即使直齿轮17和锥齿轮20水平移动，以此来控制两齿轮与舵叶伸缩旋转杆上的齿条18和锥齿轮16/19的啮合或分离。从而组成不同的传动结构，以达到不同的目的。

直齿轮17与圆柱形齿条18相啮合，通过舵叶控制电机带动直齿轮转动，经齿轮齿条传动结构实现舵叶的上下移动，以达到舵叶分离的目的。锥齿轮20在正车舵情况下与锥齿轮16相啮合，在倒车舵情况下与锥齿轮19相啮合，通过舵叶控制电机带动锥齿轮20转动，经锥齿轮传动结构使伸缩旋转杆转动，从而实现舵叶的转动，达到调节航向的目的。

如图1所示，当船舶处于正航状态时，上下舵叶不进行分离，紧密贴合并布置于螺旋桨后方，形成正车舵。此时上舵叶调节机构的结构示意图如图7所示，当需要调节船舶航向时，上舵叶控制电机21接收驾驶室的控制信号而进行转动，其输出轴上的主动锥齿轮20与从动锥齿轮16相啮合，从而带动上舵叶伸缩旋转杆3转动，即带动上舵叶进行转动。下舵叶调节机构的内部结构与上舵叶调节机构类似，与上舵叶控制电机相比，下舵叶控制电机的转动方向相反，而转动角度相同，从而实现正车舵整体的旋转。也可使下舵叶控制电机与上舵叶控制电机的转动角度不同，从而实现舵的旋转分离，如此可根据上下舵叶所处位置的水流速度来布置上下舵叶，以进一步提高船舶的操纵性。

当船舶需要倒航时，首先依靠液压调节装置将上舵叶控制电机向右平移，从而使主动锥齿轮20与从动锥齿轮16分离，继续向右平移直到直齿轮17与圆柱型齿条18相啮合，如图8所示。然后由上舵叶控制电机带动直齿轮转动，通过齿轮齿条传动机构使上舵叶伸缩旋转杆3上移，即带动上舵叶上移。当圆柱型齿条上移到上止点时已根据螺旋桨传动轴的尺寸事先确定好圆柱型齿条的上止点和下止点，即图7，图9的位置，上舵叶控制电机停止转动。依靠液压调节装置将上舵叶控制电机向左平移，从而使直齿轮17与圆柱型齿条18分离，继续向左平移直到主动锥齿轮20与从动锥齿轮16相啮合，如图9所示。同理，下舵叶的下移步骤也是如此，只是具体移动方向有所不同，在此不再赘述。至此，上下舵叶完成分离。

待上下舵叶完成分离后，转换旋转电机12/13开始工作，直接带动转换旋转杆9/14转动。两转换旋转电机的转动方向相反，使得两个转换旋转杆分别通过上连接杆11和下连接杆8带动上下舵叶调节机构2/7及上下舵叶4/5向螺旋桨外侧转动，直至上下两个舵叶调节机构移动到螺旋桨传动轴线的上方和下方，即图6俯视图所示的位置。在通过图9所示的倒车舵工况下的舵叶调节机构对上舵叶和下舵叶进行旋转调节，使得两舵叶相对齐即投影相重合。至此完成从正车舵至倒车舵的转换。倒车舵的布置示意图如图4、图5、图6所示。

当船舶处于倒航状态时，分离舵上舵叶的调节机构如图9所示，其调节舵叶的方式与正车舵时类似，只是相关旋转方向不同，在此不做过多赘述。主要是通过舵叶控制电机带动锥齿轮传动机构，从而实现舵叶的旋转。

当船舶需要从倒航工况转到正航工况时，分离舵从倒车舵转至正车舵，具体过程与上述转换过程相反，但工作内容和方法一致。

综上所述，本发明公开了一种可实现正车舵与倒车舵之间自由转换的分离舵结构。由回转机构实现舵叶位置的转换；由舵叶调节机构实现舵叶的分离与合并，同时经舵叶调节机构控制舵叶的旋转以发挥控制船舶航向的作用。该分离舵结构可大大提高单桨船舶的倒航操纵性能，尤其适用于内河运输船舶。相比于目前使用的组合推进操纵系统，该分离舵结构消除了正车舵与倒车舵对螺旋桨性能的影响，同时也能使船舶具有更优良的操纵性能。具有很大的现实意义与实用前景。

Claims (5)

1.一种可实现正倒车舵转换的分离舵，其特征是：包括上舵叶、下舵叶，上舵叶通过上舵叶伸缩旋转杆连接上舵叶调节机构，上舵叶调节机构通过上连接杆连接上舵叶转换旋转杆，上舵叶转换旋转杆连接上舵叶转换电机，下舵叶通过下舵叶伸缩旋转杆连接下舵叶调节机构，下舵叶调节机构通过下连接杆连接下舵叶转换旋转杆，下舵叶转换旋转杆连接下舵叶转换电机，正车状态时，上舵叶和下舵叶贴合成正车舵并位于螺旋桨后方，倒车状态时，上舵叶和下舵叶相对齐，并位于螺旋桨前方；

所述上舵叶调节机构包括上舵叶调节机构密封外壳，上舵叶调节机构密封外壳里设置正车从动锥齿轮、倒车从动锥齿轮、主动锥齿轮、主动直齿轮、从动圆柱型齿条、上舵叶控制电机，主动锥齿轮、主动直齿轮同轴布置于上舵叶控制电机的输出轴上，正车从动锥齿轮、倒车从动锥齿轮分别位于从动圆柱型齿条的两端，倒车从动锥齿轮连接上舵叶伸缩旋转杆，主动直齿轮与从动圆柱型齿条相啮合，主动锥齿轮在正车情况下与正车从动锥齿轮相啮合，主动锥齿轮在倒车情况下与倒车从动锥齿轮相啮合；所述下舵叶调节机构与上舵叶调节机构结构相同。

2.根据权利要求1所述的一种可实现正倒车舵转换的分离舵，其特征是：上舵叶转换旋转杆和下舵叶转换旋转杆位于螺旋桨的两侧，当上舵叶转换旋转杆和下舵叶转换旋转杆做旋转运动时，上舵叶调节机构做以上舵叶转换旋转杆为中轴线的回转运动，下舵叶调节机构做以下舵叶转换旋转杆为中轴线的回转运动。

3.根据权利要求1所述的一种可实现正倒车舵转换的分离舵，其特征是：主动锥齿轮的内径比主动直齿轮的外径大。

4.根据权利要求1所述的一种可实现正倒车舵转换的分离舵，其特征是：当倒航时，上舵叶控制电机向右平移，从而使主动锥齿轮与正车从动锥齿轮分离，继续向右平移直到主动直齿轮与从动圆柱型齿条相啮合，上舵叶控制电机带动主动直齿轮转动，上舵叶伸缩旋转杆上移，即带动上舵叶上移，当从动圆柱型齿条上移到上止点时，上舵叶控制电机停止转动，上舵叶控制电机向左平移，从而使主动直齿轮与从动圆柱型齿条分离，继续向左平移直到主动锥齿轮与正车从动锥齿轮相啮合；下舵叶的下移与上舵叶相同，完成上舵叶、下舵叶分离。

5.根据权利要求4所述的一种可实现正倒车舵转换的分离舵，其特征是：上舵叶、下舵叶完成分离后，上舵叶转换电机、下舵叶转换电机工作，带动上舵叶转换旋转杆、下舵叶转换旋转杆转动，上舵叶转换电机、下舵叶转换电机的转动方向相反，使得上舵叶转换旋转杆、下舵叶转换旋转杆分别通过上连接杆和下连接杆带动上舵叶调节机构、下舵叶调节机构及上舵叶、下舵叶向螺旋桨外侧转动，直至上舵叶调节机构、下舵叶调节机构移动到螺旋桨传动轴线的上方和下方，上舵叶和下舵叶旋转调节，使得上舵叶和下舵叶相对齐，完成从正车舵至倒车舵的转换。

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