夏 兵 李 松

（交通运输部东海航海保障中心上海海事测绘中心，上海 200137）

1 概 况

20米级测量船主要服务于上海港附近的港口航道图测量、应急扫测水下障碍物、通航尺度核定测量、水深监测、水文测量及其他海洋要素的测量，为船舶的安全航行提供保障，同时也向通航管理部门及社会提供技术支持和服务保障工作。

上海港位于长江三角洲前缘，居中国18 000 km大陆海岸线的中部、扼长江入海口， 世界著名港口，地处长江东西运输通道与海上南北运输通道的交汇点，是中国沿海的主要枢纽港，中国对外开放，参与国际经济大循环的重要口岸。因此，快速、准确的测量是新建测量船要求目标之一。

目前，我们常用的20米级测量船搭载的测量设备主要有双频测深仪（33 kHz+200 kHz）1套，浅水多波束测深系统1套，声速剖面仪、表面声速仪、GPS等，推进装置采用的是双机双桨齿轮箱传动定距桨推进。这种类型的船舶特点是柴油机功率小，船舶航速低，仅仅能满足测量过程船速要求，不能满足快速航行的需求。而黄浦江航道由于先天条件原因，存在航道宽度窄、转弯多、桥梁多、河床深浅变化大、枯水对水深影响大、通航密度大，过往船舶的兴波对邻船的摇摆升沉影响大等特点。这些特点对用于内河测量的新建20米级测量船的操纵性、可靠性和安全性有较高的要求。因此，有必要针对内河航道的特点，建造适用的专业测量船舶。根据测量作业要求和应急测绘的需要，新建20级测量船应具有较高的巡航速度和测量作业时4～6 kn稳定作业航速。

2 船舶推进组合方式分析

新建20米级测量船采用2台150 kW的高速机作为主机，如果用常规齿轮箱和定距桨推进，虽满足了高速巡航的要求，但不能满足低速测量的需求。我们经过仔细的分析，在柴油机推进的情况下可以采用以下三种方式实现测量船的低速航行要求：

一是采用异形齿轮箱连接，2台主机输入，一根尾轴输出。在船舶巡航时开2台主机，实现高速航行的目的，在测量工作时开1台主机运行，满足测量低速航行的要求。但此种方式选择的齿轮箱需特殊定制，而且体积较大，由于船舶只有1台螺旋桨推进可靠性降低，在黄浦江等复杂水域测量时，增加了测量风险，因此我们否决了该种形式。

另外2种方式一种是常规齿轮箱加可调桨组合推进方式；一种是半程滑差齿轮箱加定距桨组合推进方式。经过调研发现常规齿轮箱加可调桨和半滑差齿轮箱加定距桨推进各有优缺点。对两种方式进行比较见表1。

表1 半滑差齿轮箱带FPP与CPP推进方案比较

经过比较可以看出使用半滑差齿轮箱初期投资和维护保养费用都比可调桨的要低，最重要的是对平时维护保养和管理的要求较低，对于我们老龄化的船员的船舶来说更适合。20米级测量船主要是码头和浅滩作业，这种区域内垃圾石头等杂物较多，容易磕碰螺旋桨，一旦损坏可调桨的修理难度和修理费用较大，所以采用半滑差齿轮箱加定距桨也更加适合测量船舶使用。

3 半滑差齿轮箱性能特点

齿轮箱通过齿轮系将柴油机的功率传给螺旋桨。主要有减速齿轮箱、倒顺减速齿轮箱、并车减速齿轮箱，起到减速、倒顺、离合、并车、分车等作用[1]。半滑差齿轮箱相较一般齿轮箱具有以下特性：

（1）合排快速,在低扭矩下合排更平滑，保护发动机。为了实现更快、更平稳的离合器合排，采用了按序合排方式，依照设计自动分两级进行，不需要任何调节。在合排的第一阶段，它先为占离合器活塞总面积20%的第一级活塞建立起80%的最大油压，而传统的单级离合器必须在四到五倍于此的压力下才能完全充满油。这使得离合器的充油速度更快，从而大大减少换档响应时间。只有这样，顺序阀才打开第二级通道，允许离合器油流向整个活塞区域，使变速箱完全合排。第一阶段业已达到的高扭矩传动能力与全扭矩的差距微小，为其后柔顺、无缝合排提供了条件。

（2）系统采用了两级活塞模式，自动分二级合排实现柔和接排，做到柔性换挡。由于液力系统的压力不再是定压，而是可调的，扭矩的传递就可以逐渐增加，使换挡平稳变化，如图1所示。

图1 分级活塞示意图

（3）离合器的合排几乎没有延时，船长随时可以得到动力，使得操船变得简单容易。半滑差齿轮箱采用的GP阀结合了先进的液压技术和电子技术，组成了一个全新的驱动系统，由两个比例电磁阀和电控发生器（控制液压上升速率）组成。这种简单的“防弹”坚固设计只包括21个现有的部件，如图2所示。由于精密组件的公差等级 极高，使用时不需要任何调整。它坚固、可靠、高效无需垫片、弹簧、节流孔用于安装或调整。也就是说对于船厂或船员不存在安装或设置问题。

图2 GP阀型

（4）正倒车可以随时响应，使得测量作业时安全性更高。20米级测量船舶测量范围内船舶通航密度大，需要灵活、快速的反应性能。由于采用GP阀实现了离合器的快速充油，合排时间仅需0.05 s，与之相比，标准齿轮箱的合排时间为0.75 s。齿轮箱达到全扭矩输出的时间为0.2 s，而标准变速箱需要2 s。双环QuickShift齿轮箱即使工作在滑差模式下，其离合器的响应时间也不过0.05 s左右。这比任何使用传统滑差阀的齿轮箱快[2]。

（5）最低限度降低油温变化的影响，甚至在齿轮箱滑油温度还是冷的情况下也不影响齿轮箱的合排速度。

图3 双环QuickShift齿轮箱

图4 常规齿轮箱

4 结 语

半滑动齿轮箱和FPP组合的方式，还可接入 DP 系统。通过调节齿轮箱的滑差功能，实现螺旋桨低转速长时间稳定运行，实现CPP的大部分功能。简单可靠。这样通过驾驶台控制手柄，就可以控制发动机转速、螺旋桨转度和方向，以及瞬间达到全功率--或者主机怠速和全速之间的任何所需负荷状态。这特别适用于需要频繁正倒车，频繁掉头上线测量，微速航行和快速机动性操控结合的小型测量船舶。

综上所述，采用半滑差齿轮箱和定距桨推进方式既能满足高速巡航的要求又能满足低速测量工作的需要，而且初置成本低，维修简便，对管理人员的要求不高，是新建20米级测量船合适的选择。