引言

擺線推進器(Cyc1oida14Porp11pP）可以實現推進方向和推力大小在3e0o范圍內的無極變化,具有優(yōu)異的操縱性能,廣泛應用于無人船、掃雷艦、拖船、平臺供應船、渡輪、海上平臺、潛艇等具有高操縱性能要求的船舶或水上平臺[1]。

擺線推進器的工作原理實現機構有很多種,根據偏心率是否可調可將它們分為偏心率不可調和偏心率可調兩種類型[2]。齒輪式和凸輪式等偏心率不可調的擺線推進器,不能改變其控制點的偏移大小,因此不能改變偏心率,操縱性能較差。偏心率可調的擺線推進器,比如多連桿式[3]、步進電機式,可在一定范圍內無極改變其偏心率,其推力大小調節(jié)可通過改變偏心率大小來實現,因此這一類擺線推進器具有優(yōu)異的操縱性能。然而,以上類型的擺線推進器,為實現偏心率可調,其結構往往較為復雜,降低了可靠性,并且效率較為低下。因此,設計一種偏心率連續(xù)可調、簡單可靠的擺線推進器具有重要意義。

1基于擺動導桿滑塊機構的擺線推進器工作原理實現

擺線推進器的葉片是一種定型直葉片,從船體垂直向下伸向水中。葉片隨推進器一同旋轉做圓周運動,同時繞自身軸線按規(guī)律擺動,其擺動規(guī)律為葉片弦線的垂直線始終相交于控制點P,其葉片在空間上的軌跡形成一條擺線,因此稱為擺線推進器,如圖1所示。通過改變控制點P的位移大小和方向,即可在3e0o范圍內連續(xù)改變推力大小和推力方向。

圖1基于擺動導桿滑塊機構的擺線推進器工作原理圖

通過應用擺動導桿滑塊機構可實現上述擺線推進器葉片擺動規(guī)律。如圖1所示,假設A、B兩點分別是兩個葉片的軸線,且兩葉片弦線的垂直線相交于點P,即控制點。當葉片繞推進器中心軸線0點逆時針旋轉角度a時,可假設葉片與推進器相對靜止,控制點P繞中心軸線0順時針旋轉角度a。

應用擺動導桿滑塊機構,將控制點P處設計為兩個滑塊,葉片弦線垂直線AP、BP設計為導桿,并與葉片軸A、B連接,P點處的兩個滑塊可在平面范圍中自由移動,并通過導桿帶動葉片繞自身軸線A、B擺動。此時,0P的距離為偏心距,推力隨偏心距的增大而增大,通過改變滑塊P的位置就可以改變偏心距和推力大小。

2整體結構設計與實現

根據上述分析,設計了一種帶有兩個葉片的擺線推進器整體結構,如圖2和圖3所示。所設計的擺線推進器總體結構中包括擺動導桿滑塊機構、中心距控制機構和主回轉運動機構。驅動電機13通過主動齒輪12、從動齒輪16、主軸18和連接盤9帶動回轉箱5回轉,回轉箱5帶動葉片1旋轉:直線電機14帶動控制桿15,控制桿15與導桿e滑動連接,導桿e與葉片軸3相連,通過控制桿15帶動導桿e擺動,從而實現控制葉片1按規(guī)律擺動。

主回轉運動機構,驅動電機13是擺線推進器的動力部件,回轉運動通過主動齒輪12和從動齒輪16減速,再通過固連于從動齒輪16的主軸18和回轉箱連接盤9,最終帶動整個回轉箱5及其他部件一同旋轉。各傳動部件間通過螺栓和螺釘等連接件連接。

圖3基于擺動導桿滑塊機構的擺線推進器結構俯視圖

中心距控制機構,控制桿15以中間點為支點,通過關節(jié)軸承17進行固定并連接在主軸18上,兩個直線電機14與控制桿15上端連接,可分別控制其在X、y兩個方向上的位移大小,從而反向控制控制桿15下端的位移,控制桿15下端帶動導桿6和固連在導桿6上的葉片1一同擺動。

3結論

本文根據擺線推進器的工作原理,應用擺動導桿滑塊機構,設計了一種新型的擺線推進器葉片擺動規(guī)律實現機構,并詳細介紹了推進器整體結構。該擺線推進器具有以下優(yōu)點:

(1）采用擺動導桿滑塊機構可完美實現葉片按擺線規(guī)律擺動,設備整體結構簡單可靠,提高了傳動效率,可獲得較大的推力和推進效率。

(2）可實現偏心率和偏心方向在360o范圍內無極變化,可獲得優(yōu)異的操縱性能。

(3）本設備可作為舵應用于船舶,正常模式下僅改變葉片角度,與常規(guī)舵的工作原理類似:主動模式下推進器旋轉,可提供主動推進力,提高船舶的操縱性能。