17m超浅吃水旅游船的舵设计

陈海林 王海辉

摘    要：本文介绍了17 m超浅吃水旅游船人力液压舵的设计及现场安装工艺，提出了该船舵设计与施工的要求与方法，并通过实践验证了其正确性。

关键词：舵;施工技术要求

中图分类号：U671.91                            文献标识码：A

Abstract： This paper introduces the design， the correction of the on-site installation， and the treatment scheme of the heavy steering for the hydraulic rudder of 17 m tourist ship. Through the analysis of the rudder and the test of making tooling， it puts forward the important requirements and methods of rudder design and installation are put forward， and its correctness is verified by an example.

Key words： Rudder analysis; Important construction technical requirements

1    引言

随着人民生活水平的不断提高，旅游已成为我们生活中的一个重要部分。据统计，旅游业是世界经济发展中势头最强、规模最大的产业之一，世界已经进入旅游时代。在各大旅游景区中，搭乘游轮观赏风景已成为一种休闲化的享受。为保证旅客安全，对搭载乘客的游轮要求是非常严格的，其中舵是实现船舶航行稳定和灵活转向的重要设备。

2    船舶概况

我司为桂林两江四湖公司建造的42客座观光旅游客船，其船长17.1 m、型宽4.2 m、型深0.9 m、船体最大高度2.5 m、吃水0.38 m，符合中国海事局2016版《内河小型船舶法定检验技术规则》和《漓规》要求。该船为单底横骨架式、舱口型载客船舶。主船体采用钢材制造;上建采用铝合金材料制造;客舱顶部为通透式，不设游步甲板;单机单桨推进形式。

3    舵的作用和组成

舵是船舶操纵装置的一个重要组成部分。其中，舵叶装在船尾垂直浸没在水中，并能绕舵轴转动。

舵主要由舵叶和舵杆组成：舵叶的作用是产生水压力;舵杆的作用是转动舵叶。

舵的作用原理是当水流以某个冲角冲至舵叶上时，便产生了流体动力，此作用力通过舵杆传递到船体上，从而迫使船舶转向，达到调整航向的目的。

本船采用人力液压舵，其优点为：

（1）纯人工手动操作，使用时噪音低;

（2）液压传动能很好的控制舵叶的摆向，且稳定可靠;

（3）可根据船体结构和舵工况的需要，布置在合理的位置上，便捷灵活;

（4）采用液压传动可大大地简化机械零部件、且结构紧凑、惯性小。

4    舵叶形式及主要参数

5     舵的选型配置

（1）按照CCS《内河高速船入级与建造规范》，计算得出舵力2.56 kN、舵杆扭矩0.21 kN·m，再考虑30%的摩擦力矩及20%的计算裕度，本船配置2kN·m手动液压舵机一台;

（2）根据《漓规》有关规定，计算得出舵杆直径不小于46.07 mm，取50 mm;舵柄处舵杆直径D=38.08 mm，取40 mm;单板舵舵叶厚度不小于5 mm，且需设置水平加强筋;舵柄高度不小于0.9D1=36 mm，取40mm;舵柄外径不小于1.8D1=72 mm，取80 mm;上舵承套高2 cm和下舵承套高8 cm;

（3）人力液压舵由V1油缸（型号50 DTP C300）、V2油泵（型号70CT）、ф500 mm方向盘、锁紧阀、舵角表（型号JMV00163）、V3舵角传感器（型号JZM6470）、V5舵柄、上下轴承组成，如图2所示。

6    舵系安装要求

（1）舵系安装时尾部船体结构应成型，且火工矫正及密性完成;

（2）校核图纸与实际到货的舵杆和舵叶尺寸是否相符;

（3）舵系拉线时应与轴线拉线同时进行，并认真检验基准点;舵系与轴线相交偏差不大于3 mm，允許极限不大于8 mm;加工的基座面板中心与舵系中心线偏差不大于0.3 mm，允许极限不大于0.5 mm;舵叶与舵杆焊接的中心偏差不大于0.25 mm，允许极限不大于0.5mm;上舵承座的中心、舵箱底板开孔的中心应与舵杆的中心线重合。此外，还要检查舵箱底板到基线的空间高度，并据此决定上舵承座下端要留多少余量，同时加工好螺栓孔一并安装。拉线的目的在于保证舵杆、舵叶、舵承安装准确，如图3所示。

（4）舵杆与上下舵承装配时一定要涂抹黄油观察是否安装到位，舵的旋转应轻松没有异响;安装完毕注意对轴承和舵杆保护，避免船体涂装时将油漆喷在舵承上。

7     液压管路连接

（1）管路采用冷拔船用无缝钢管（GB5312）。安装时应力求缩短长度和减少弯曲，弯曲半径不宜小于4倍管径;泵出口管弯曲或最高处应设置放气阀，螺纹接头采用焊接管接头（JB96）;

（2）管路穿过水密壁和防火壁时选用钢管通舱件，通舱件的形式应保证舱壁完整性不受破坏;

（3）安装时要保证钢管内清洁干净，检查管接头是否漏油;

（4）管路在船上安装完毕后，对该液压系统进行1.5倍工作压力试压试密。

8     舵的效用试验

（1）试验目的

打方向盘轻便不吃力，且由左满舵打到右满舵6圈不超过8 s;转舵的速度从一侧40 o到另一侧40o，不大于28 s。

（2）试验步骤

① 打开油泵注入口加入设备要求的22#液压油，边打方向盘边加油，使油泵内的油位于2/3处;

② 打开油缸内的排气阀使气泡完全排空，再往油泵内加油至2/3处;

③ 将油泵固定在驾驶台上，将配置的ф500mm方向盘装好;

开始打方向盘，用秒表记录时间。

（3）试验效用

方向盘操作轻便，时间反馈符合要求。

（4）存在问题及改进措施

由于驾控台不允许采用ф500mm方向盘，它太大既会影响整体驾控台的美观，同时也会使油门操纵杆无空间操作，所以必须换成ф380 mm方向盘，如图4所示。

由于方向盘改小后，打方向变得很笨重，因此提出以下几种改进方案：

（1）像货车一样将助力泵装在主机盘由主机飞轮端带动，以达到主机一开机助力泵就能工作，使助力泵内保持稳定的内循环，起到减轻方向盘的效果。但是主机没有配置多余的齿轮接口，而且主机厂家也不同意增加齿轮带助力泵，虽然通过厂家咨询国外进口的助力泵（12/24V，型号PA1200-2）不需要主机带，保持电压12/24V就可以满足要求，但是价格太贵，而且舵设计时就是手动液压舵，故而这个方案不可取;

（2）将液压软管换成G1，管径加大后也只能使油缸内进油的速度加快，还是不能完全减轻方向盘操纵困难;

（3）换上小一个等级的液压进行缸试验后，效果还是不大明显;

（4）通过换用液压油40#、22#、10#，发现液压油牌号越低其粘度越低、流动性越好;轻负荷用低粘度的润滑油，高负荷用高粘度的润滑油。

综合以上因素考慮，油缸力矩的大小决定了方向盘的大小，油缸力矩一定时，方向盘越大操作越灵巧;由于美观和整体布局无法将方向盘无限放大，那么想要在外径φ380方向盘的情况下减轻方向盘操作吃力的方法，便是加大油管同时换低牌号液压油。

9    液压油选用

品质好的液压油抗氧化性和耐磨性都不错，差的液压油很容易被氧化、含有杂质容易造成设备堵塞和损坏。同时，要了解航行的区域的气候环境和设备本身的使用频率和工作条件，才能更好地选用液压油。本船可以结合桂林不容易结冰的天气，选用低牌号丹弗液压油可以满足要求。丹弗液压油润滑效果佳、流动性好，在各款式机械上广泛使用，其主要优越性如下：

（1）热与氧化稳定性良好，防止漆膜、油泥及积炭形成，保持排档系统清洁，在整个油品寿命期间能有效操作;

（2）抗磨损性质良好，符合磨损规定，延长传动装置寿命;

（3）低温流动性优异，有助於改善启动，於低温时也能进行有效的润滑;

（4）有效的泡沫控制性，换档顺畅持久，在严峻操作条件下减少油品损失;

（5）与用在ii d型传动装置的所有常用油封相容，有效的控制泄漏。

10  结论

当舵设计好后最好能与船东沟通，了解其使用习惯和要求，避免一系列的修改问题。如像该船一样船东要求方向盘变小的问题，应提前将该问题暴露出来，而不是装好后再更改就很困难。要严格保证计算书的准确性，不要选用型号大太多液压缸，因为力矩越大方向盘也要跟着越大，这样操作才不会吃力。方向盘油泵安装时一定要做一根透气和加油用的铜管或液压软管引到驾控台桌面上，以方便其加液压油和透气作用，不然方向盘油泵压力无法缓冲，以及油泵内油不够多而经常发生齿轮干转形成巨大的异响。

通过对超浅吃水船舵的了解，并从设计到生产的跟踪与参与，积累了经验与教训，对类似船舶舵的设计与建造有很好的帮助，在提升工作效率的同时还能更好的掌握建造质量。影响该超浅吃水船舵因素主要有：舵叶、舵杆的结构及重量、液压缸力矩的大小与方向盘的尺寸大小、管路安装要保证管内液体的流通、液压油脂的选用等。

参考文献

[1]中国船级社. 内河船舶入级规范、内河高速船入级与建造规范[S].

[2]漓江旅游客船法定检验规定.

[3]GB/T 18815-2002视野要求.