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标题 一种船用高效明轮推动器
范文

    王睿豪 李庆浩 王洪跃 赵霖 曲默丰 孟冲

    

    摘 要:本装置基于齿轮传动的原理,针对传统明轮推动器存在的缺点弊端进行设计,利用奇数齿轮的同步效应,使得明轮推动器的拨水板一直处于竖直状态,与前进方向保持垂直,从而能够一直维持在最高效率工作状态,相对于传统螺旋桨推动器,大大地减少的能量的消耗,达到节能省功、提高效率的目的。

    关键词:明轮推动器;齿轮传动;流体力学;节能省功

    1 推动器的原理及工作过程

    现结合图和模型说明工作原理,如图1所示,图中显示了互成90度的四个旋转臂。其中,中心齿轮Q与船体固定不发生相对转动,但不与主轴固定;中心齿轮Q、从动轮B1(或B2)(每个臂可根据实际需要有奇数个从动轮1、3、5、7等)以及拨水板齿轮A1(或A2)相邻啮合;拨水板齿轮A与拨水板轴不能相对转动;旋转臂固定在主轴上。当主轴带动旋转臂发生转动时,使得与从动轮B1(B2)发生转动,与之啮合的拨水板齿轮A1(A2)也发生转动,由于拨水板齿轮A1(A2)的自转角度与从动轮B1(B2)自转角度大小相等,方向相反,所以拨水板齿轮A1(A2)与中心齿轮保持相对静止,又由于中心齿轮Q与船体固定,所以拨水板齿轮A1(A2)与船体保持相对静止,因为拨水板初始为竖直状态,所以在旋转过程中一直保持竖直方向。

    2 模拟计算

    (一)模型假设:

    ①叶片是等截面的,简化为2d计算;②水流速度静止;③明轮转动速度20rpm;④忽略水的可压缩性;⑤叶片尺寸为50*500mm

    (二)模拟过程:

    将传统的明轮与改进后的明轮简化成一下二维形式,如图2所示:

    (三)效率计算

    当明轮转动工作时,会产生一个水平方向的推力F,同时会受到一个力矩M的作用,其中推力F传递给船体,推动船体前进,而力矩M通过电机来平衡,因此在相同转速情况下,产生相同的F时,M越小,消耗的电机功率越小,也就是效率越高。

    (四)计算结果

    在CFD软件中,软件会将积分过程自动实现,我们可以直接得到相应的力和力矩的值。

    通过CFD软件模拟得到明轮转动一周时力与力矩的平均值:

    传统明轮:F=65,M=1164,因此e=0.056;

    改进明轮:F=278,M=2208,因此e=0.126。

    3 结论

    从计算结果及变化可以看出,改进后的明轮比传统明轮效率提高1倍以上。这主要是因为传统的明轮叶曲线片的线速度与叶片垂直,这样叶片总是以最大的受力面积与水接触,受到的水阻力始终保持最大状始终是与船前进方向一致的,也就是始终是有用的,这样就有效的提高了效率。

    参考文献:

    [1]鲁谦,李连有,李来成.船舶原理手册[M].北京:国防工 业出版社,1988:686-694.

    [2]邵磊.基于Pro/E的水草收割机明轮推动器模态与动 态分析[J].机械研究与应用,2009(06):37-39.

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更新时间:2025/3/10 6:30:31