双机并车齿轮箱在电力推进船舶上的应用分析

朱陈程 赵新颖

(中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,上海 200092)

双机并车齿轮箱在电力推进船舶上的应用分析

朱陈程 赵新颖

(中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,上海 200092)

电力推进系统已经在船舶得到推广应用。为更好的匹配电力推进船舶在多种工况下的运行,可使用双电动机作为船舶的主动力。本文通过分析双电动机的输出状态,提出了推进系统对双机并车齿轮箱的技术要求,并结合具体的电力推进船型分析了一款齿轮箱的应用特点。

齿轮箱 双机并车 电力推进 船舶

1 应用现状

电力推进系统已经成为船舶动力系统的一个重要分支。对于有多工况作业要求的船舶，如拖船、渔船或工程船，为了更好的实现船机桨或船机桨网的匹配，采用双电动机作为主动力装置。对于双电动机单螺旋桨的推进系统，需要适用双机并车齿轮箱来完成动力输出。另外，双电机能适应船舶一些特殊情况的发生，提高船舶的可靠性，如果一台电动机出现故障，另外一台还能使用。

因此，双机并车齿轮箱在电力推进船舶上的应用具有积极的现实意义。但是，由于电推系统还不够成熟，在实践中的应用还存在一些问题和不足，如电动机在运行过程中的负荷变化，以及单机运行时负载不均，均会对齿轮箱结构造成影响。如何解决这些问题成为一个重要的研究课题。本文主要从双机运行与单机运行对齿轮箱的不同影响入手，优化齿轮箱结构，使其满足要求。

2 双机并车齿轮箱的技术要求

双机并车齿轮箱多采用单级减速，具有倒顺、离合等功能。推力轴承与离合器均设置在齿轮箱箱体中，与每一个输入轴连接。

两台推进电机同时运行时，齿轮箱两个输入轴同时接受动力输入。由于两根输入轴的转速会存在一定的差异，需要在齿轮设计中考虑最大差异值。由于推进电机的动力输出相对柴油机较为平缓，因此对齿轮的冲击较小，抗冲击冗余可适当降低。

单台推进电机运行时，齿轮箱只有一个输入轴有动力输入，另外一个输入轴的离合器脱开。此时并车齿轮箱可等同于常规齿轮箱，但需要考虑的是在另一输入轴突然失去动力之后，输出轴的惯性对还在转动的输入轴的影响。

由上文可知，双机并车齿轮箱在实际使用中面临的问题是解决不同输出状态下，齿轮载荷的匹配问题;以及改进并车齿轮箱的操控以实现多工况。

关于齿轮载荷的研究，现在较常使用有限元分析法对齿轮结构进行优化。在仿真平台上验证齿轮是否能承受推进系统的动力变化冲击。而对齿轮箱控制系统来说，单输入、双输入、倒顺、接脱排等一系列动作是通过齿轮箱并车控制器来完成。电信号由操作面板或按钮给予，通过电磁阀控制液压油实现各种工况。其中，对离合器的操纵是最关键的。

离合器按其传递扭矩形式可分为摩擦式离合器、牙嵌式离合器，磁粉式离合器以及转差式离合器;按其工作条件可分为湿式离合器和干式离合器。转差式离合器不传递扭振，对齿轮箱输入轴与主动力装置输出轴的安装要求不高，一般在柴油机双机并车的推进系统中使用。而采用推进电机作为主动力时，动力装置输出轴与齿轮箱输入轴间振动较平稳，因此可采用传递效率更高的摩擦式离合器。

3 应用实例

现有一艘在南海作业的电力推进金枪鱼延绳钓船，考虑到南海的作业工况以及船东需求，采用双机单桨动力系统，需要对双机并车齿轮箱选型。

在设计该齿轮箱时，需要提供推进电机的最大功率及转速以及推进曲线图，并根据延绳钓船的作业特点，确定数个不同的工况点，如正常航行、高速航行、满载航行、放钓、起钓等，提供各工况的数据，包括对应的电机功率、螺旋桨转速。根据这些数据综合确定齿轮的最佳减速比、所需承受的最大推力等。

双机并车齿轮箱内齿轮空间布置需要根据两个输入轴的相对位置、输出轴的位置进行调整。在机舱布置允许情况下，输入轴应在同一个水平高度上，而与输出轴可以有垂直方向上的高差。由于其推力轴承分置于两侧，因此齿轮箱安装基座上的铰制螺孔通常是设置于前后方向。由于渔船尾部空间非常狭小，需要在满足齿轮结构强度的基础上，需要尽量减小齿轮箱的外形尺寸。

4 结语

双机单桨推进系统能在主动力装置部分失效时保证船舶能正常运行，但由于柴油机双机并车操作复杂，对齿轮箱要求较高，因此实际应用不多。而由于推进电机运行的平稳性，电推系统采用双机单桨模式对电机并车操作简单，对齿轮箱冲击不大，因此应用前景更为广泛。双机并车齿轮箱在设计中需要从具体的使用条件出发，根据需求确定技术条件，并通过仿真模拟优化结构，最终完成整个选型设计。

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