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船舶推进器SGJ20型明轮装置的结构优化设计

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:402      更新时间:2018-06-20

                                          钟卫华1,王〓勇1,倪福生2,李洪彬2
                                     (1.江苏省水利机械制造有限公司,江苏 扬州〓225001)
                                 (2.河海大学疏浚技术教育部工程研究中心,江苏 常州〓213022)
摘要:针对现有船舶推进器的SGJ20型明轮装置效率较低的实际情况,运用SolidWorks Simulation计算了明轮在工作时的应力状态,发现联接板、端板、划水板等质量较大的元件应力却较小,这对于提高明轮的效率有一定的优化空间。经几次优化后,在明轮装置质量减小24.3%的情况下,应力值只增加了6%,增加后的应力值也在安全范围内,即在保证明轮整体尺寸且结构强度满足使用要求的情况下,使得整船质量减小,在相同推力下,船速加快,间接提高了明轮的效率。
关键词:船舶推进器;明轮装置;结构优化;SolidWorks Simulation
中图分类号:TH123文献标识码:A文章编号:2095-509X(2018)02-0077-03

    螺旋桨的出现,大大促进了船舶推进器的发展,使得大部分明轮被替代,但是对于吃水浅的内河船舶而言,明轮推进仍然是最好的推进方式。传统的明轮设计多采用经验设计,造成了明轮装置较笨重,没有在现有明轮结构上做详细的质量方面的结构优化。在整体尺寸(如明轮直径、划水板长度和宽度)不变的情况下,即明轮提供的推力不变,明轮质量较小的,会具有较快的航行速度。因此,除了运用MATLAB软件对明轮进行整体尺寸〖HJ*5/9〗优化配置,提高明轮效率外,在现有明轮基础上,保证明轮推动力的情况下,优化明轮的质量也是非常有意义的。随着CAD和CAE技术的提高,能准确地计算出明轮结构的质量和应力状态,为优化明轮结构提供了可靠的手段。本文运用SolidWorks软件中的Simulation模块对明轮结构进行了质量优化,取得了较好的效果。

1〓〖STBZ〗SGJ20型明轮装置介绍
SGJ20 型明轮装置由端板、划水板、轮辐、联接板等组成,如图1所示,直径1.5m,宽度0.72m,端板、划水板钢板厚度为5mm,轮辐采用50mm×50mm×4mm的方管,联接板钢板厚度为16mm。材料均为Q235,质量约164kg。明轮功率10kW,转速50r/min。〖HJ〗
1—联接板;2—轮辐;3—划水板;4—端板;5—连接螺孔(8个)
图1〓SGJ20型明轮装置结构

2〓现有明轮结构应力计算
1)明轮扭矩、推力的计算。

T=9 550×Pn(1)

式中:T为明轮扭矩,N·m;P为明轮功率,kW;n为明轮转速,r/min。
将P=10kW、n=50r/min代入式(1)。

T=9 550×〖SX(〗10〖〗50=1 910(N·m)(2)

明轮在水中运行时,受力为交变载荷,是水下几个划水板共同产生的扭矩,但进行应力强度分析时,要分析最危险的情况,可以将扭矩的产生考虑为是由一个划水板单独作用的结果,如果该强度达到要求,几个划水板共同提供扭矩的情况就安全。那么,明轮划水板上的推力F为:

F=〖SX(〗T〖〗R〖SX)〗=〖SX(〗1 910〖〗0.644〖SX)〗=2 965.8(N)3)

收稿日期:2017-02-20
基金项目:江苏省科技成果转化专项资金项目(SBA2016030127)
作者简介:钟卫华(1969—),男,江苏泰兴人,江苏省水利机械制造有限公司高级工程师,主要从事水环境清理设备的研发、管理工作。



(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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