农船挂机和挂桨outboard motor and rudder-propeller for agricultural boats

悬挂在农船艉部，推动农船前进的动力驱动装置。挂机主要由发动机、传动机构、螺旋桨和操纵系统四部分组成一个整体，挂在艉后；挂桨与挂机结构基本相同，只是发动机安置在艉部的甲板上，用胶带传动，将发动机的动力传给挂桨，它们的特点是：结构紧凑，安装时不破坏船体，不占仓位，对农船无特殊要求，简单改装后就可将非机动农船变为机动农船，保持了农船传统的舵柄操纵方式，利于在顺风情况下的帆驶或机帆共驶，拆装维护方便，操纵灵活。遇到水下障碍时能使螺旋桨上翘越障，可使农船适合在狭窄多变和需要靠离码头比较频繁的河道中航行，还可以配套其他机具完成捕捞、饵料采集、排灌等作业。
发展筒史 1881年法国人在巴黎展览会上展出称为“马达和螺旋桨”的装置，至1907年挂机开始大批量生产时，使用摩托车的发动机。1920年美国约翰逊公司制成1.1千瓦的“海马”型挂机，与现在的挂机相类似。许多国家把船用挂桨称为舵桨装置或称Z型推进装置，最早在欧洲应用于运河和内河船上，但仅能在一定角度内回转。1967年日本制成了360°全回转式螺旋桨——导流管系统推进装置，应用于港口作拖轮或顶推船队。中国在20世纪60年代开始研制农船挂机和挂桨，到70年代较普遍地应用在农船上。
类型 按螺旋桨的螺距调节方式可分定螺距和手动式可变螺距挂机、挂桨两类。定螺距挂机或挂桨按传动方式分有两种型式：一种是动力经由胶带轮传入上箱体内锥齿轮再传给中间轴至螺旋桨的称为带传动式定螺距挂机(图1)或挂桨；另一种是动力由发动机直接传给挂机的中间轴至螺旋桨的称为直联式定螺距挂机(图2)。定螺距挂机或挂桨在航行时，通过操纵换向拨叉使螺旋桨正、反旋转，农船就能前进或倒退。手动式可变螺距挂机和挂桨(图3)可以按照航行的需要调节螺旋桨的螺距，在任意航行状态下均能使发动机发挥全部功率，而且当船舶由前进到倒退的换向过程中，可以保持转向不变而借操纵叶片使船进退自如。

图1 带传动式定螺距挂机示意图

1.发动机； 2.上箱体； 3.操纵手柄；4.拨叉； 5.离合器； 6.下箱体；7.螺旋桨； 8.桨轴； 9.中间轴管；10.中间轴； 11.圆锥齿轮；12.胶带轮

结构及原理中国农船挂机、挂桨以柴油机为动力，转速2000～2600转/分。由胶带轮和上箱体内的轴带动圆锥齿轮等进行第一次减速。中间部分由上、下圆锥齿轮，传动轴，中间轴管，轴承等组成。其功用是将动力自上箱传至下箱部分，再由下箱体内的圆锥齿轮、

图2 直联式定螺距挂机示意图

1.发动机；2.操纵手柄；3.中间轴；4.中间轴管； 5.离合器； 6.拨叉；7.下箱体； 8.圆锥齿轮； 9.螺旋桨

轮、离合器、换向拨叉、桨轴进行第二次减速，即达到螺旋桨设计转速。一般挂机为700～1 000转/分，螺距219～400毫米；挂桨为700～900转/分，螺距330～360毫米，其动力传递路线像“Z”字。
螺旋桨 一般采用三片桨叶，工作时靠桨叶向船后推水，利用水的反作用力推船前进。桨叶外形像椭圆形机翼，以匀速W和某一不大的攻角αk（指切面弦线与运动方向之夹角）在流体中作旋转运动，由于桨叶下表面（叶面）压力较流体运动前方的压力大，而上表面（叶背）处的流体压力小，叶面和叶背间形成压力差，从而产生向上的举力F(图4),F在船舶运动方向的分力X形成向船的推力，水的反力推船前进。

图3 手动式可变螺距挂桨示意图

1.操纵手柄； 2.上箱体； 3.胶带轮；4.圆锥齿轮； 5.中间轴； 6.中间轴管；7.变距杆； 8.桨轴； 9.下箱体； 10.舵； 11.螺旋桨

图4 推力X示意图

螺旋桨通常由桨叶和桨壳两部分组成，定螺距挂机和挂桨的螺旋桨是将桨叶固定在桨壳上，安装在桨轴后端。当扳动操纵手柄时，通过杠杆和换向拨叉，拨动离合器使之与左边或右边的圆锥齿轮接合(图1、2)，即可带动固定在桨轴上的螺旋桨正向或反向旋转，从而使农船前进或后退。可调螺距挂机和挂桨的螺旋桨桨叶与桨壳分开制造，然后把桨叶装在桨壳上。在装置中设有桨叶的变距和旋转机构(图3)，用来改变螺旋桨螺距使农船前进、停止、后退。当桨叶处于正常位置（即设计螺距状态）时，螺旋桨发出向后的推力使船前进；当桨叶旋转时，推力随着螺距比减小而减小；当螺距为零时，船即停止前进；继续转动桨叶，螺距为负值，使螺旋桨产生向前推力位置时，船即后退。桨叶转动角通常在45° ～50°之间。因此可变螺距螺旋桨可以获得任意航速——从正车最大航速到倒车最大航速，比普通螺旋桨要灵敏得多，能保证农船很高的机动性并减轻系舶工作。但桨壳结构较复杂，效率要低1～3%。
操纵机构由操舵手柄、上翘、换向或变距机构，防护拖板等组成。其功用是迅速而准确地反映驾驶者的意图，即农船能够按照预定轨迹变更航向，进行前进、后退、上翘越障等作业。
农船挂桨一般装有舵，舵的功用是为获得尽可能大的回转力矩及保证农船的航向稳定性。舵有活舵，也有死舵，通常是单舵。死舵是舵与螺旋桨一起水平转向，操纵极灵活，使船回转半径大大减小；活舵即螺旋桨的装置方向固定不变，而只以舵的转动来控制航向，可避免过分灵敏。
主要性能 中国的农船挂机配套功率一般为2.2～2.4千瓦的柴油机，配置1.5～5吨单船空载船速可达9.5～12千米/小时，满载6.5～8千米/小时。最大牵引力可达775牛，挂机重量49～85千克。农船挂桨配套功率一般为5.9～8.8千瓦的柴油机，配载8～10吨单船空载船速可达10～12千米/小时，拖载重20吨时船速达6～8千米/小时，最大牵引力可达1 912牛，挂桨重量为95～135千克。也有较大吨位的渔船在艉后装置双挂桨，完成拖网捕鱼、运输等作业。为改善机组性能应继续提高机、桨、船三者良好的匹配，提高效益与经济性，并发展塑料螺旋桨。