อัตราทดของเกียร์เรือคือจำนวนรอบเครื่องยนต์ต่อการหมุนของใบจักร 1 รอบ: เกียร์ 4:1 ที่ต่อกับเครื่องยนต์ซึ่งทำงานที่ 2200 rpm จะทำให้ใบจักรหมุนที่ 550 rpm ในการจับคู่เกียร์ ให้เลือกอัตราทดที่ทำให้ใบจักรหมุนด้วยความเร็วตามการออกแบบเมื่อเครื่องยนต์ทำงานที่ rpm พิกัด จากนั้นยืนยันว่าความสามารถรับกำลังของเกียร์ที่ความเร็วรอบขาเข้านั้น พิกัดแรงรุน และเสื้อคลัตช์ ล้วนเหมาะกับเครื่องยนต์และเรือ
ประเด็นสำคัญ
- ความเร็วรอบเพลาใบจักรเท่ากับ rpm พิกัดของเครื่องยนต์หารด้วยอัตราทด
- อัตราทดสูงทำให้หมุนใบจักรที่ใหญ่กว่าและช้ากว่า ซึ่งมักให้แรงขับมากขึ้นเมื่อเรือแล่นช้า ส่วนอัตราทดต่ำเหมาะกับใบจักรเล็กกว่าบนเรือที่แล่นเร็วกว่า
- ความสามารถรับกำลังของเกียร์ถูกจำกัดหลัก ๆ ด้วยแรงบิด เอกสารข้อมูลจึงมักระบุเป็นกำลังต่อความเร็วรอบ (kW ต่อ r/min) หรือเป็นกำลังสูงสุดที่ความเร็วรอบขาเข้าที่กำหนด
- แรงบิดเครื่องยนต์ในหน่วย N·m เท่ากับ 9550 × กำลังในหน่วย kW ÷ rpm และแรงบิดขาออกเพิ่มขึ้นโดยประมาณตามสัดส่วนอัตราทด
- ตลับลูกปืนรับแรงรุนของเกียร์รับแรงขับจากใบจักร ดังนั้นพิกัดแรงรุนต้องเหมาะกับใบจักรและลักษณะงานของเรือ
- เสื้อคลัตช์ ข้อต่อส่งกำลังขาเข้า และหน้าแปลนขาออกต้องเข้ากับเสื้อฟลายวีลของเครื่องยนต์และข้อต่อเพลาใบจักร
อัตราทดของเกียร์เรือทำหน้าที่อะไรจริง ๆ?
เครื่องยนต์ดีเซลสร้างกำลังที่ความเร็วรอบสูงกว่าความเร็วหมุนที่เหมาะกับใบจักรประสิทธิภาพสูงมาก เกียร์ทดแลกความเร็วรอบกับแรงบิด: ลด rpm ของเพลาตามอัตราทด และเพิ่มแรงบิดด้วยตัวคูณเดียวกัน โดยมีการสูญเสียเล็กน้อยในเฟืองและตลับลูกปืน เกียร์เรือยังให้การขับเดินหน้าและถอยหลังผ่านคลัตช์ และมีตลับลูกปืนรับแรงรุนที่ถ่ายทอดแรงขับจากใบจักรเข้าสู่ตัวเรือ
ใบจักรที่ใหญ่กว่าและหมุนช้ากว่าโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพดีกว่าสำหรับเรือบรรทุกหนักที่แล่นช้า เช่น เรือลากอวน เรือลากจูง และเรือบรรทุก เพราะเร่งมวลน้ำปริมาณมากกว่าด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นน้อยกว่า นี่จึงเป็นเหตุผลที่เรือเหล่านี้มักใช้อัตราทด 4:1 หรือสูงกว่า ขณะที่เรือเบาและเร็วกว่าใช้อัตราทดต่ำกว่าร่วมกับใบจักรขนาดเล็กกว่า
จะคำนวณความเร็วรอบเพลาใบจักรอย่างไร?
นำ rpm พิกัดของเครื่องยนต์หารด้วยอัตราทดเกียร์ ตารางนี้ใช้คู่เครื่องยนต์และเกียร์จริงเพื่อแสดงว่าอัตราทดเปลี่ยนความเร็วรอบเพลาอย่างไร
| เครื่องยนต์และความเร็วรอบพิกัด | เกียร์และอัตราทด | ความเร็วรอบเพลาใบจักรที่ rpm พิกัด | งานที่เหมาะสมโดยทั่วไป |
|---|---|---|---|
| แบบ Cummins 6CTA8.3-M205, 2328 rpm | Advance HC300, 2.04:1 | ประมาณ 1141 rpm | เรือลำตัวแบบระวางขับน้ำที่แล่นเร็วขึ้นหรือแบบกึ่งไถลน้ำ |
| เครื่องยนต์ 2200 rpm | Advance 120C, 2.96:1 | ประมาณ 743 rpm | เรือประมงและเรือปฏิบัติงานขนาดเล็ก |
| Weichai WD618.C-16, 1700 rpm | Advance HC138, 3:1 | ประมาณ 567 rpm | เรือขนส่งสินค้าทางน้ำภายในประเทศ |
| SDEC D683, 2200 rpm | Advance 135A, 4:1 | ประมาณ 550 rpm | เรือลากอวนและเรือปฏิบัติงาน |
| Weichai WD618.C-16, 1700 rpm | Advance HC138, 4:1 | 425 rpm | เรือบรรทุกที่รับน้ำหนักมาก |
| เครื่องยนต์ 2200 rpm | Advance D300A, 5.05:1 | ประมาณ 436 rpm | เรือลากจูงและเรือความเร็วต่ำที่ต้องการแรงขับสูง |
ชุดเครื่องยนต์ D683 กับเกียร์อัตราทด 4:1 เป็นชุดที่ใช้ในการเปลี่ยนเครื่องยนต์เรือประมงอวนลากขนาด 24 m ส่วนชุด WD618 และ HC138 มาจากกองเรือบรรทุกสินค้าทางน้ำภายในประเทศ ซึ่งเลือกอัตราทด 3:1 และ 4:1 ให้เรือแต่ละลำเพื่อให้เหมาะกับตัวเรือและใบจักร
ฉันจะเลือกอัตราทดที่เหมาะสมกับใบจักรได้อย่างไร?
ต้องเลือกอัตราทดและใบจักรให้สอดคล้องกัน ในการเปลี่ยนเครื่องยนต์โดยใช้ใบจักรเดิม เป้าหมายคือเลือกอัตราทดที่ทำให้เพลาใบจักรหมุนด้วยความเร็วเท่าเดิมเมื่อเครื่องยนต์ใหม่ทำงานที่ความเร็วรอบพิกัด หากเครื่องยนต์เดิมทำงานที่ 1800 rpm ผ่านเกียร์อัตราทด 3:1 (ความเร็วรอบเพลา 600 rpm) เครื่องยนต์ใหม่ที่มีความเร็วรอบพิกัด 2200 rpm จะต้องใช้อัตราทดประมาณ 3.67:1 เพื่อรักษาความเร็วรอบเพลาให้เท่าเดิม จากนั้นจึงเลือกอัตราทดที่มีจำหน่ายซึ่งใกล้เคียงที่สุด แล้วตรวจสอบหรือปรับระยะพิทช์ของใบจักร
สำหรับเรือสร้างใหม่หรือการใช้ใบจักรใหม่ โดยทั่วไปจะดำเนินการในลำดับกลับกัน:
- กำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางใบจักรที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่ตัวเรือและระยะห่างระหว่างปลายใบจักรกับตัวเรือจะเอื้ออำนวย
- ประเมินความเร็วรอบเพลาที่เหมาะกับใบจักรขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางนั้น โดยอ้างอิงความเร็วเรือและภาระบรรทุก ด้วยซอฟต์แวร์หรือแผนภูมิออกแบบใบจักร
- นำความเร็วรอบพิกัดของเครื่องยนต์หารด้วยความเร็วรอบเพลาดังกล่าว เพื่อหาอัตราทดที่เหมาะสมที่สุด
- เลือกอัตราทดมาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุดจากเกียร์ในตระกูลนั้น แล้วปรับระยะพิทช์ของใบจักรอย่างละเอียด
อัตราทดมาตรฐานมีให้เลือกเป็นค่าต่าง ๆ โดย Fada FD120 มีอัตราทด 1.48, 1.94, 2.45, 2.96 และ 3.35:1 ส่วน Advance HC138 มีอัตราทด 2.52, 3.0, 3.57, 4.05 และ 4.45:1 การปรับระยะพิทช์ของใบจักรช่วยชดเชยความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างอัตราทดที่เหมาะสมที่สุดกับอัตราทดที่มีให้เลือก
เกียร์แข็งแรงพอที่จะรองรับกำลังและแรงบิดของเครื่องยนต์ของฉันหรือไม่?
ขีดจำกัดหลักของเกียร์อยู่ที่แรงบิดที่สามารถส่งผ่านได้ ดังนั้นความสามารถในการส่งกำลังจึงลดลงเมื่อความเร็วรอบขาเข้าลดลง ผู้ผลิตมักระบุค่านี้ใน 2 รูปแบบ ได้แก่ กำลังสูงสุดที่ความเร็วรอบที่กำหนด (ตัวอย่างเช่น Fada FD120 มีพิกัด 340 HP ที่ 2500 rpm และ HC138 มีพิกัด 375 HP ที่ 2500 rpm) หรือความสามารถในการส่งกำลังในหน่วย kW ต่อ r/min ความสามารถในการส่งกำลังอาจแตกต่างกันระหว่างอัตราทดต่าง ๆ ในเกียร์ตระกูลเดียวกัน จึงต้องตรวจสอบข้อมูลในแถวของอัตราทดที่ต้องการใช้จริงเสมอ
เมื่อต้องการเปรียบเทียบเครื่องยนต์กับเกียร์ ให้นำกำลังเครื่องยนต์ในหน่วย kW หารด้วยความเร็วรอบพิกัดในหน่วย rpm:
- เครื่องยนต์ขนาด 320 แรงม้าเมตริก (ประมาณ 235 kW) ที่ 2200 rpm ต้องการความสามารถในการส่งกำลังประมาณ 0.107 kW ต่อ r/min
- เครื่องยนต์ขนาด 170 kW ที่ 1700 rpm ต้องการความสามารถในการส่งกำลัง 0.100 kW ต่อ r/min
ความสามารถในการส่งกำลังพิกัดของเกียร์สำหรับอัตราทดที่เลือกควรไม่น้อยกว่าค่านี้ โดยเผื่อส่วนสำรองให้เหมาะกับพิกัดลักษณะการใช้งานของเครื่องยนต์ สามารถตรวจสอบแรงบิดเดียวกันนี้ได้โดยตรงเช่นกัน: แรงบิดเครื่องยนต์ในหน่วย N·m เท่ากับ 9550 × kW ÷ rpm ดังนั้น 235 kW ที่ 2200 rpm จึงมีแรงบิดที่ล้อช่วยแรงประมาณ 1020 N·m และที่อัตราทด 4:1 เพลาขาออกจะรับแรงบิดประมาณ 4 เท่าของค่านั้น หักด้วยการสูญเสียเล็กน้อย
ตรวจสอบช่วงความเร็วรอบขาเข้าด้วย โดย Advance 135A, D300A และ HC300 ระบุช่วง 750–2500 rpm ส่วน 120C ระบุช่วง 1000–2500 rpm; ความเร็วรอบพิกัดและความเร็วรอบเดินเบาของเครื่องยนต์ควรอยู่ภายในช่วงที่เกียร์รองรับ
แล้วแรงขับ หน้าแปลน และข้อต่อเพลาล่ะ?
เมื่ออัตราทดและความสามารถในการส่งกำลังเหมาะสมแล้ว จุดเชื่อมต่อทางกลจะเป็นตัวกำหนดว่าชุดเครื่องยนต์และเกียร์สามารถยึดประกอบเข้าด้วยกันได้พอดีหรือไม่
| รายการตรวจสอบ | เหตุผลที่สำคัญ | ตัวอย่างค่าจากเอกสารข้อมูลทางเทคนิค |
|---|---|---|
| แรงขับใบจักรพิกัด | ตลับลูกปืนรับแรงรุนของเกียร์รับและถ่ายทอดแรงผลักจากใบจักรไปยังตัวเรือ | 120C: 25 kN; HC300: 50 kN; D300A: 60 kN |
| เสื้อครอบคลัตช์ (ขนาด SAE) | ต้องเข้ากันได้กับเสื้อครอบล้อช่วยแรงของเครื่องยนต์ | HC300 และ D300A: SAE 0 หรือ SAE 1 |
| ข้อต่อเพลาขาเข้า | ส่งผ่านแรงบิดจากล้อช่วยแรงและลดการสั่นสะเทือนเชิงบิด | เลือกขนาดให้เหมาะกับแรงบิดเครื่องยนต์และรูปแบบรูยึดของล้อช่วยแรง |
| หน้าแปลนขาออก | ต้องเข้ากันได้กับข้อต่อเพลาใบจักร | ยืนยันเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าแปลนและวงกลมรูสลักเกลียว |
| ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางเพลา | กำหนดระยะเยื้องในแนวดิ่งระหว่างเพลาขาเข้าและเพลาขาออก | 120C และ FD120: 180 mm; HC138: 225 mm; D300A: 355 mm |
| น้ำหนักและขนาด | มีผลต่อการออกแบบแท่นเครื่องยนต์และการทรงตัวตามยาวของเรือ | D300A: ประมาณ 680 kg; FD120: ประมาณ 225 kg |
ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางเพลามักถูกมองข้ามในการเปลี่ยนเครื่องยนต์ ระยะนี้เปลี่ยนระยะเยื้องในแนวดิ่งระหว่างเพลาข้อเหวี่ยงกับเพลาใบจักร ดังนั้นเกียร์ที่มีระยะห่างระหว่างศูนย์กลางเพลาแตกต่างจากเกียร์เดิมอาจต้องยกหรือลดระดับแท่นเครื่องยนต์ เพื่อให้แนวเพลาตรงกัน
สำหรับการติดตั้งเครื่องยนต์คู่ เกียร์ทั้ง 2 ชุดควรมีอัตราทดเท่ากัน และต้องวางแผนทิศทางการหมุนของใบจักรแต่ละด้าน เกียร์เรือแบบกลับทิศทางได้หลายรุ่นสามารถขับเพลาขาออกได้ทั้ง 2 ทิศทางด้วยอัตราทดเท่ากัน แต่ควรยืนยันคุณสมบัตินี้สำหรับรุ่นที่จะใช้จริงก่อนระบุใบจักรหมุนซ้ายหรือหมุนขวา ในโครงการเปลี่ยนเครื่องยนต์เรือยอชต์แบบเครื่องยนต์คู่ ได้เลือกอัตราทดเกียร์ให้ใกล้เคียงกับของเดิม เพื่อให้สามารถใช้ใบจักรเดิมต่อไปได้
ผู้จำหน่ายต้องการข้อมูลอะไรบ้างเพื่อเลือกเกียร์ให้เหมาะสม?
ส่งข้อมูลรุ่นเครื่องยนต์ กำลังและความเร็วรอบพิกัด ขนาด SAE ของเสื้อครอบล้อช่วยแรง พิกัดลักษณะการใช้งาน เส้นผ่านศูนย์กลางและระยะพิทช์ของใบจักร เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา รวมถึงรุ่นและอัตราทดของเกียร์เดิมหากเป็นการเปลี่ยนเครื่องยนต์ วิศวกรของ MARS ใช้ข้อมูลเหล่านี้เพื่อตรวจสอบอัตราทด ความสามารถในการส่งกำลัง และจุดเชื่อมต่อ และสามารถทดสอบเดินเครื่องยนต์ร่วมกับเกียร์บนแท่นทดสอบก่อนจัดส่ง พร้อมรายงานเป็นลายลักษณ์อักษรและวิดีโอ ขอให้ช่วยเลือกเกียร์ที่เหมาะสม โดยส่งข้อมูลเครื่องยนต์และใบจักรของคุณ
คำถามที่พบบ่อย
อัตราทดเกียร์ 3:1 หมายถึงอะไร?
เครื่องยนต์หมุน 3 รอบต่อการหมุนของเพลาใบจักร 1 รอบ ที่ความเร็วเครื่องยนต์ 2200 rpm ใบจักรจะหมุนประมาณ 733 rpm โดยมีแรงบิดที่เพลาขาออกประมาณ 3 เท่าของแรงบิดเครื่องยนต์
อัตราทดลดรอบที่สูงกว่าดีกว่าหรือไม่?
ไม่ได้ดีกว่าเสมอไป อัตราทดที่สูงเหมาะกับใบจักรขนาดใหญ่ที่หมุนช้า และเรือหนักที่แล่นช้า ส่วนอัตราทดที่ต่ำเหมาะกับใบจักรขนาดเล็กบนตัวเรือที่เบาและแล่นเร็วกว่า อัตราทดที่เหมาะสมคืออัตราทดที่เข้ากับใบจักรและตัวเรือของคุณ
ฉันสามารถใช้เกียร์ที่มีพิกัด 2500 rpm กับเครื่องยนต์ 1800 rpm ได้หรือไม่?
ได้ หาก 1800 rpm อยู่ในช่วงความเร็วขาเข้าของเกียร์ และความสามารถในการรับกำลังที่ 1800 rpm ครอบคลุมกำลังของเครื่องยนต์ เนื่องจากความสามารถในการรับกำลังถูกจำกัดด้วยแรงบิด กำลังที่อนุญาตที่ 1800 rpm จึงต่ำกว่าค่าหลักที่ระบุไว้ที่ 2500 rpm
จะเกิดอะไรขึ้นหากเลือกอัตราทดเกียร์ไม่ถูกต้อง?
หากอัตราทดต่ำเกินไปสำหรับใบจักร เครื่องยนต์จะขึ้นถึงรอบพิกัดไม่ได้และทำงานเกินภาระ หากอัตราทดสูงเกินไป เครื่องยนต์จะหมุนเกินรอบก่อนที่ใบจักรจะรับกำลังได้เต็มที่ ทั้งสองกรณีสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง และการทำงานเกินภาระทำให้อายุเครื่องยนต์สั้นลง
ฉันต้องเปลี่ยนเกียร์ใหม่เมื่อเปลี่ยนเครื่องยนต์หรือไม่?
ไม่เสมอไป แต่เกียร์เดิมต้องรับกำลังของเครื่องยนต์ใหม่ได้เพียงพอ มีเสื้อครอบล้อช่วยแรงที่เข้ากันได้ และมีชิ้นส่วนภายในอยู่ในสภาพดี ผู้ประกอบการจำนวนมากเปลี่ยนเกียร์พร้อมกันเพื่อหลีกเลี่ยงการนำเรือขึ้นจากน้ำอีกครั้ง
