滑差式離合器在港作拖輪上的應用

賈志超

（秦皇島港股份有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

港作拖輪是在沿海及內河港口范圍內執行拖帶作業的特種船舶。它主要用作協助大型船舶進出港口，靠離碼頭，調頭轉向，移動泊位，和引水員接送等。港作拖輪對操縱性和拖力要求較高，拖力要求根據港口船舶噸位在（3200～8000）ps。港作拖輪的作業特點要求其回轉半徑要小，能低速進退，緊急停車，能推能拖，或作較長距離的倒拖，甚至橫移等，但港作拖輪對船速要求不高，一般為（8～15）節。港作拖輪的動力裝置主要有主機（發動機）、舵槳（推進器）、輔機、甲板機械等，具有消防功能的拖輪還配有消防機。主機大多采用四沖程中速柴油機，舵槳是Z 形傳動的特殊推進器，主機和舵槳之間需要中間軸和離合器連接，以上幾個設備緊密配合完成船舶動力的傳送和輸出。

1 滑差離合器結構及工作原理

離合器是船舶動力傳送、輸出的中間的環節，主機和舵槳之間連接靠它實現。離合器種類很多，有電磁型、液壓型和氣動型等，拖輪上常用的是液壓型和氣動型。下面以日立NICO 傳動設備的AGCP172Y 型液壓離合器為例主要介紹帶滑差的液壓型離合器。AGCP172Y 型離合器為液壓多片式離合器，用于將主機的動力傳遞至螺旋槳。操作離合器，可以方便控制動力的傳遞或斷開。當主機在400 r/min 的轉速下運轉時，離合器可以將一級水平輸出軸控制在（50～330）r/min 內的任意轉速。該離合器主要由輸入軸組件、離合器摩擦片和輸出軸組件等部分組成，它們都置于殼體中。油泵是由輸入軸驅動的，吸入油泵的油用于執行離合器和潤滑冷卻有關部件。主離合器的脫/合電磁閥置于殼體的右側，用來接通或斷開壓力油的通道。此外，殼體的右側還設置有離合器壓力控制閥、10 μm 過濾器、滑油流量控制閥和滑油調壓閥。離合器內由離合器片、離合器托架、離合器活塞、壓板和彈簧等組成。離合器片分為摩擦片和鋼片兩種，摩擦片的外圓周為齒形結構，兩端的摩擦片只是單面有摩擦材料，中間的摩擦片兩側都有摩擦材料。摩擦片的外齒與離合器托架的內齒相嚙合。離合器活塞置于托架的內側，它的內外圓周通過V 形密封圈密封。鋼片的內圓周為齒形結構，與離合器軸轂的外齒相嚙合，鋼片與摩擦片是交替裝配的。當壓力油供至離合器活塞時，摩擦片與鋼片之間會因摩擦力作用而嚙合，將輸入軸的動力傳遞至輸出軸。當壓力被釋放時，離合器活塞會在彈簧力的作用下返回至原始位置，使離合器脫開。離合器的操作和潤滑都是由液壓油完成的，所有軸承和齒輪是由循環潤滑油進行潤滑的，離合器片的冷卻和潤滑是由低壓潤滑油來完成的。離合器的滑差、合排和脫排控制是由駕駛臺的操縱手柄控制的。當主機處于怠速狀態時，緩慢操縱駕駛臺控制手柄使離合器處于滑差狀態可以使輸出軸在（50～330）r/min 范圍內變化，從而驅動螺旋槳轉動實現無級調速。離合器在滑差階段的控制是一個閉環控制，如圖1 所示。

圖1 閉環控制

2 滑差離合器在拖輪應用的特點

2.1 減少主機—螺旋槳過載、沖擊

AGCP172Y 型滑差式離合器應用在拖輪上，當拖輪需動船作業時，離合器合排需要先經過滑差階段，在滑差離合初始階段，螺旋槳轉速由0 r/min 逐漸增加到大約15 r/min（不帶滑差的離合器螺旋槳轉速瞬間達到150 r/min），然后通過操作手柄可以將螺旋槳轉速調整到需要的轉速。在離合器合排這一瞬間，主機由怠速狀態變為功率輸出狀態，驅動螺旋槳由靜止到緩慢旋轉。與驅動直接合排式離合器的主機相比較，主機的輸出功率上升曲線較平緩，避免了合排瞬間主機負荷突變和尾氣排放冒黑煙、排放超標問題。由于離合器的主、從動盤并未剛性連接，可對主機和螺旋槳進行過載保護，有滑動離合階段，降低了從主機到螺旋槳的整個軸系的沖擊扭矩。同時螺旋槳轉速變化較平緩，船體受自身螺旋槳產生的水流沖擊力減弱，船體的諧波振動得到明顯的改善。

2.2 使港作拖輪作業更加節能

港作拖輪作為港口航運的輔助作業船，為不同船型、噸位的到港貨船提供拖帶服務，這就要求其具有較寬的功率輸出范圍，隨時滿足貨船的指令要求。帶有滑差式離合器的拖輪螺旋槳轉速可以在（15～250）r/min 任意調整，將以往拖輪的輸出功率范圍由30%～100%擴寬至5%～100%。以秦皇島港的貨輪（一般為空載船舶）進港靠泊為例，其靠泊過程大致如下：大型船舶進港時，距離碼頭泊位不超過3 海里時，協助靠泊的拖輪就需要貼近貨船去帶纜繩，這時貨船速度要降低到5 節以下，隨著距離泊位越來越近，貨船速度也越來越慢，距離碼頭500 m 左右時，船速要降低到1 節以下，在拖輪帶好拖纜到貨船船位平行于泊位這一段時間，拖輪要以同樣的速度伴航，具有滑差離合器的拖輪可以在這期間利用離合器的滑差階段控制螺旋槳轉速以保持船速與貨船同步。當貨船平行于指定泊位后，首尾兩端的拖輪需要將貨船平移到指定泊位，在這個平移的過程，具有滑差式離合器的拖輪可以利用5%～30%這一功率范圍緩慢的控制貨船橫移速度，保證靠泊安全。根據拖輪油耗船端工控機記錄，在同樣的作業環境下協助靠泊同樣噸位的貨船，使用滑差離合器的船舶每次作業任務約節省燃油26.5 kg，節能率能達到8.2%。

2.3 提高港作拖輪操作的靈活性、機動性

具有滑差式離合器的拖輪可連續平滑的改變螺旋槳轉速，將螺旋槳轉速調到主機最低穩定轉速以下，實現微速航行提高船舶的機動性，在一些特殊航行區域，應用范圍更加廣泛。航行時下沉量與船速的平方成正比，當船舶航行于淺水區時，最好慢速通過，以增大富裕水深。拖輪在進出塢修理時也可利用滑差離合器降低螺旋槳的起步轉速，實現自航進塢、出塢。同樣在拖輪靠離碼頭，動力定位工作模式下，滑差式離合器的配備也使船舶操作更加靈活、方便。