滑差式离合器在港作拖轮上的应用

贾志超

（秦皇岛港股份有限公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

港作拖轮是在沿海及内河港口范围内执行拖带作业的特种船舶。它主要用作协助大型船舶进出港口，靠离码头，调头转向，移动泊位，和引水员接送等。港作拖轮对操纵性和拖力要求较高，拖力要求根据港口船舶吨位在（3200～8000）ps。港作拖轮的作业特点要求其回转半径要小，能低速进退，紧急停车，能推能拖，或作较长距离的倒拖，甚至横移等，但港作拖轮对船速要求不高，一般为（8～15）节。港作拖轮的动力装置主要有主机（发动机）、舵桨（推进器）、辅机、甲板机械等，具有消防功能的拖轮还配有消防机。主机大多采用四冲程中速柴油机，舵桨是Z 形传动的特殊推进器，主机和舵桨之间需要中间轴和离合器连接，以上几个设备紧密配合完成船舶动力的传送和输出。

1 滑差离合器结构及工作原理

离合器是船舶动力传送、输出的中间的环节，主机和舵桨之间连接靠它实现。离合器种类很多，有电磁型、液压型和气动型等，拖轮上常用的是液压型和气动型。下面以日立NICO 传动设备的AGCP172Y 型液压离合器为例主要介绍带滑差的液压型离合器。AGCP172Y 型离合器为液压多片式离合器，用于将主机的动力传递至螺旋桨。操作离合器，可以方便控制动力的传递或断开。当主机在400 r/min 的转速下运转时，离合器可以将一级水平输出轴控制在（50～330）r/min 内的任意转速。该离合器主要由输入轴组件、离合器摩擦片和输出轴组件等部分组成，它们都置于壳体中。油泵是由输入轴驱动的，吸入油泵的油用于执行离合器和润滑冷却有关部件。主离合器的脱/合电磁阀置于壳体的右侧，用来接通或断开压力油的通道。此外，壳体的右侧还设置有离合器压力控制阀、10 μm 过滤器、滑油流量控制阀和滑油调压阀。离合器内由离合器片、离合器托架、离合器活塞、压板和弹簧等组成。离合器片分为摩擦片和钢片两种，摩擦片的外圆周为齿形结构，两端的摩擦片只是单面有摩擦材料，中间的摩擦片两侧都有摩擦材料。摩擦片的外齿与离合器托架的内齿相啮合。离合器活塞置于托架的内侧，它的内外圆周通过V 形密封圈密封。钢片的内圆周为齿形结构，与离合器轴毂的外齿相啮合，钢片与摩擦片是交替装配的。当压力油供至离合器活塞时，摩擦片与钢片之间会因摩擦力作用而啮合，将输入轴的动力传递至输出轴。当压力被释放时，离合器活塞会在弹簧力的作用下返回至原始位置，使离合器脱开。离合器的操作和润滑都是由液压油完成的，所有轴承和齿轮是由循环润滑油进行润滑的，离合器片的冷却和润滑是由低压润滑油来完成的。离合器的滑差、合排和脱排控制是由驾驶台的操纵手柄控制的。当主机处于怠速状态时，缓慢操纵驾驶台控制手柄使离合器处于滑差状态可以使输出轴在（50～330）r/min 范围内变化，从而驱动螺旋桨转动实现无级调速。离合器在滑差阶段的控制是一个闭环控制，如图1 所示。

图1 闭环控制

2 滑差离合器在拖轮应用的特点

2.1 减少主机—螺旋桨过载、冲击

AGCP172Y 型滑差式离合器应用在拖轮上，当拖轮需动船作业时，离合器合排需要先经过滑差阶段，在滑差离合初始阶段，螺旋桨转速由0 r/min 逐渐增加到大约15 r/min（不带滑差的离合器螺旋桨转速瞬间达到150 r/min），然后通过操作手柄可以将螺旋桨转速调整到需要的转速。在离合器合排这一瞬间，主机由怠速状态变为功率输出状态，驱动螺旋桨由静止到缓慢旋转。与驱动直接合排式离合器的主机相比较，主机的输出功率上升曲线较平缓，避免了合排瞬间主机负荷突变和尾气排放冒黑烟、排放超标问题。由于离合器的主、从动盘并未刚性连接，可对主机和螺旋桨进行过载保护，有滑动离合阶段，降低了从主机到螺旋桨的整个轴系的冲击扭矩。同时螺旋桨转速变化较平缓，船体受自身螺旋桨产生的水流冲击力减弱，船体的谐波振动得到明显的改善。

2.2 使港作拖轮作业更加节能

港作拖轮作为港口航运的辅助作业船，为不同船型、吨位的到港货船提供拖带服务，这就要求其具有较宽的功率输出范围，随时满足货船的指令要求。带有滑差式离合器的拖轮螺旋桨转速可以在（15～250）r/min 任意调整，将以往拖轮的输出功率范围由30%～100%扩宽至5%～100%。以秦皇岛港的货轮（一般为空载船舶）进港靠泊为例，其靠泊过程大致如下：大型船舶进港时，距离码头泊位不超过3 海里时，协助靠泊的拖轮就需要贴近货船去带缆绳，这时货船速度要降低到5 节以下，随着距离泊位越来越近，货船速度也越来越慢，距离码头500 m 左右时，船速要降低到1 节以下，在拖轮带好拖缆到货船船位平行于泊位这一段时间，拖轮要以同样的速度伴航，具有滑差离合器的拖轮可以在这期间利用离合器的滑差阶段控制螺旋桨转速以保持船速与货船同步。当货船平行于指定泊位后，首尾两端的拖轮需要将货船平移到指定泊位，在这个平移的过程，具有滑差式离合器的拖轮可以利用5%～30%这一功率范围缓慢的控制货船横移速度，保证靠泊安全。根据拖轮油耗船端工控机记录，在同样的作业环境下协助靠泊同样吨位的货船，使用滑差离合器的船舶每次作业任务约节省燃油26.5 kg，节能率能达到8.2%。

2.3 提高港作拖轮操作的灵活性、机动性

具有滑差式离合器的拖轮可连续平滑的改变螺旋桨转速，将螺旋桨转速调到主机最低稳定转速以下，实现微速航行提高船舶的机动性，在一些特殊航行区域，应用范围更加广泛。航行时下沉量与船速的平方成正比，当船舶航行于浅水区时，最好慢速通过，以增大富裕水深。拖轮在进出坞修理时也可利用滑差离合器降低螺旋桨的起步转速，实现自航进坞、出坞。同样在拖轮靠离码头，动力定位工作模式下，滑差式离合器的配备也使船舶操作更加灵活、方便。