胡加永　樓衛(wèi)增

摘要：為解決螺旋槳尾軸被海中懸浮物纏繞的問題，運(yùn)用刀具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，創(chuàng)新性的提出了纏繞物多刀片螺旋切割刀的設(shè)計(jì)方案，在舟山近海的航行試驗(yàn)中，所設(shè)計(jì)的多刀片螺旋切割刀能夠較好的完成海中柔性懸浮物的切割任務(wù)，試驗(yàn)表明：該設(shè)計(jì)方案可行。

關(guān)鍵詞：螺旋槳；防纏繞；螺旋切割刀

中圖分類號：U662 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）06-0056-02

船舶在航行中，船體底部經(jīng)常會(huì)接觸到網(wǎng)具、繩索等海中懸浮物，這些懸浮物在船體線型的作用下，隨著水流迅速流向船舶尾部，并纏繞在尾軸靠近螺旋槳的軸段上。

浙江舟山擁有各類船舶1300余艘，這些船舶在不同的海區(qū)航行，特別是漁船在起放網(wǎng)具時(shí)、受風(fēng)浪流等影響，網(wǎng)具被壓人船底附近，經(jīng)常發(fā)生船舶螺旋槳尾軸段纏繞事故，該事故的出現(xiàn)，輕則影響航速，重則螺旋槳阻力增加、甚至阻轉(zhuǎn)，造成船舶停航事故，嚴(yán)重影響了船舶的航行安全和正常的生產(chǎn)作業(yè)。

目前的處理方法：停機(jī)停航，派潛水員下海用刀切割纏繞物，或用其它船舶將故障船舶拖至岸邊或港口，擱淺進(jìn)行拖拉辦法去掉纏繞物。除此之外，還沒有更好的辦法，這給漁民的生產(chǎn)、生命安全帶來了極大的隱患，因此，螺旋槳尾軸段防纏繞問題急待解決。

1.國內(nèi)外漁船螺旋槳尾軸防纏繞研究現(xiàn)狀

1.1國內(nèi)船舶螺旋槳纏繞異物預(yù)防方法及所面臨的問題

1.1.1利用渦輪噴射水流技術(shù)防止纏繞的方法

在船舶的尾部，利用渦輪噴射水流原理，采用強(qiáng)力噴水的方法驅(qū)趕異物靠近螺旋槳，同時(shí)發(fā)出電子警報(bào)信號，通知船舶駕駛?cè)藛T，經(jīng)過綜合分析船舶通過異物區(qū)時(shí)的方位與風(fēng)、浪、流以及船舶自身特點(diǎn)，摸索出一套有效的安全通過異物區(qū)域的船舶駕駛工藝和技術(shù)。

面臨的問題：此方法可以一定程度預(yù)防海上異物對船舶螺旋槳尾軸的纏繞，但是，該方案的實(shí)現(xiàn)所需成本極高，而且由于該裝置技術(shù)復(fù)雜程度很高，無法向漁民推廣使用，對于海上大面積纏繞物來說，此方法效果很差。

1.1.2保護(hù)套筒防止纏繞的方法

舟山當(dāng)?shù)貪O民在長期的海上航行中摸索出了許多行之有效的土方法。在考察舟山某造船廠時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐臐O民在尾軸處安裝了一個(gè)保護(hù)套筒，即將螺旋槳尾軸外露部分完全罩住，使發(fā)生纏繞的關(guān)鍵部位得到了保護(hù)，從而減少了海上異物纏繞螺旋槳事故發(fā)生的可能性，這是一個(gè)從實(shí)踐中總結(jié)出的預(yù)防方法。面臨的問題：一旦螺旋槳尾軸軸承斷裂、研死或螺旋槳發(fā)生故障，需要修理，船只能上岸，將密封罩取下后才能修理，這就使得修理比較麻煩，同時(shí)修理成本增高。該裝置只起到一定的纏繞異物的預(yù)防作用，一旦套筒外圈被異物纏繞，無任何排除措施。

1.2國外螺旋槳纏繞異物的排除技術(shù)

1.2.1液壓傳動(dòng)的不銹鋼伸縮刀片防止纏繞：

即將傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)為空心軸，在里面安裝一個(gè)有液壓傳動(dòng)的不銹鋼伸縮刀片，刀口露在尾軸處，一旦有纏繞物發(fā)生纏繞時(shí)，由液壓帶動(dòng)刀片來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而來實(shí)現(xiàn)切割纏繞物的目的，該項(xiàng)技術(shù)國外正在研發(fā)中，還未見產(chǎn)品出現(xiàn)。

面臨的問題：①尾軸強(qiáng)度因軸的空心而大幅度下降；②空心軸內(nèi)的液壓裝置由于受到空間的限制，制造成本極高；③空心軸內(nèi)的液壓裝置由于進(jìn)水而快速失效；④螺旋槳及尾軸結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計(jì)，主要零部件互換性遭到極大破壞；⑤該裝置實(shí)現(xiàn)成本極高。

1.2.2機(jī)械手（簡易機(jī)器人）防止纏繞：

通過對船舶螺旋槳纏繞異物情況的分析，可以在船舶尾部安裝一個(gè)螺旋槳纏繞異物排除的機(jī)械手（簡易機(jī)器人），使船舶螺旋槳纏繞發(fā)生時(shí)，可以施放機(jī)械手（簡易機(jī)器人），施行拖帶導(dǎo)引或自動(dòng)切割纏繞物等辦法解決，該裝置使用后可以縮回，以免影響船舶正常航行。

面臨的問題：該方法在實(shí)施過程中會(huì)破壞船體，實(shí)施起來技術(shù)難度極大，國外此技術(shù)還處于研發(fā)狀態(tài)，而國內(nèi)對水下機(jī)器人的研究也正處于萌芽狀態(tài)，還未見對船舶防纏繞技術(shù)在各類工程科學(xué)類刊物上發(fā)表。

1.2.3單刀片回轉(zhuǎn)切割刀防止纏繞的方法

美國一家公司2006年研制了一種在螺旋槳尾軸外露部分安裝回轉(zhuǎn)切割刀，利用尾軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)刀片，刀片周向回轉(zhuǎn)使纏繞異物被橫向切斷，從而有效解決了纏繞異物纏繞螺旋槳事故發(fā)生。該方法很好的解決了刀片的周向驅(qū)動(dòng)問題，其使用簡單，成本低，便于推廣。如圖1是美國一家公司的裝置。

面臨的問題：該裝置雖然進(jìn)行了水下試驗(yàn)，但目前困擾該裝置推廣的主要問題是：①該裝置無預(yù)防纏繞的功能；②在試驗(yàn)中，海上異物軸向纏繞刀片時(shí)，刀片無法工作，同時(shí)使纏繞問題變得更加嚴(yán)重。

2.新研制的防纏繞裝置的創(chuàng)新點(diǎn)及設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1新研制防纏繞裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)設(shè)計(jì)了一種多刀片螺旋回轉(zhuǎn)切割刀，該切割刀由于采用了多刀片螺旋設(shè)計(jì)，很好的解決了前面各種方法面臨的問題，且制造成本低，操作、安裝簡單，極易在各種船舶上推廣使用，如圖2所示。

2.2新型多刀片螺旋回轉(zhuǎn)切割刀的設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.2.1多刀片螺旋回轉(zhuǎn)切割刀的安裝部位

多刀片螺旋回轉(zhuǎn)切割刀的設(shè)計(jì)汲取了美國單刀片回轉(zhuǎn)切割刀的長處，同時(shí)結(jié)合舟山漁民的保護(hù)套筒這一土辦法，創(chuàng)造性的提出了多刀片螺旋布置于切割刀外圓柱表面，從而很好的解決了刀片軸向切割運(yùn)動(dòng)這一難題，具體安裝部位如圖3。

2.2.2多刀片螺旋回轉(zhuǎn)切割刀的工作原理

螺旋槳尾軸的周向回轉(zhuǎn)帶動(dòng)切割刀套筒做周向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于多刀片在刀具套筒外圓柱表面呈螺旋狀分布，刀具套筒的周向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分解為刀片的軸向切割異物的運(yùn)動(dòng)和切向預(yù)防異物纏繞的運(yùn)動(dòng)，使海中的異物不易纏繞上螺旋槳尾軸，起到預(yù)防海中異物纏繞的作用，同時(shí)當(dāng)有大型異物纏繞上螺旋槳尾軸時(shí)，螺旋型的多刀片組能夠及時(shí)切割掉已經(jīng)纏繞的異物，從而起到排除纏繞異物的作用。這樣，該螺旋回轉(zhuǎn)切割刀同時(shí)具有預(yù)防和排除海中纏繞異物的作用，并且不需提供單獨(dú)動(dòng)力源，該切割刀的動(dòng)力僅僅借助于螺旋槳尾軸自身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即可。在該切割刀設(shè)計(jì)中，還在刀具套筒外圓柱表面設(shè)計(jì)了螺旋導(dǎo)屑槽，使被切割碎的異物能及時(shí)排除掉。

2.3刀具材料的選取

2.3.1硬度和耐磨性

刀具將浸在在海水中工作，既要承受海水的摩擦阻力，又要切割柔軟的懸浮物，其硬度應(yīng)大于HRC62，并同時(shí)具有一定的耐磨性。

2.3.2強(qiáng)度和韌性

在切割懸浮物過程中，刀具將承受較大的壓力、沖擊，為減少刀刃的崩損，刀具材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，其抗彎強(qiáng)度應(yīng)大于300kg/mm2。

2.3.3工藝性和經(jīng)濟(jì)性

為了便于制造，刀具材料應(yīng)有良好的鍛造、熱處理及磨削加工性能，這應(yīng)在制造和選用時(shí)應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性。

2.3.4耐腐蝕性及其防護(hù)

由于所設(shè)計(jì)的刀具將工作在腐蝕性較大的海水中，刀具材料要求有較高的耐腐蝕性，因此采用了高速鋼刀具基體涂覆一層耐腐蝕性高的TiC的方法。

經(jīng)過綜合性能比較，刀具材料選用：20CANi4表面涂層TiC，以加強(qiáng)其耐腐蝕性。

3.結(jié)論

本文汲取國內(nèi)外好的船舶螺旋槳防纏繞經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用刀具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，受螺旋傳動(dòng)原理的啟發(fā)，創(chuàng)新性的提出了纏繞物多刀片螺旋切割刀的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，制造了多把該螺旋切割刀，在舟山近海的航行試驗(yàn)中，所設(shè)計(jì)的多刀片螺旋切割刀能夠較好的完成海中柔性懸浮物的切割，試驗(yàn)達(dá)到了目的，該切割刀向沿海修造船企業(yè)推廣潛力巨大。