塔形桅桿自動升降裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉船用桅桿升降技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可以有效防止船舶桅桿與橋梁等障礙物發(fā)生碰撞的塔形桅桿自動升降裝置及其桅桿升降方法。
【背景技術(shù)】
[0002]桅桿一般都安裝于船舶的最高的頂棚中心線處，用于安裝雷達、航行信號燈及通信天線等，是船舶航行時非常重要的安全設施。桅桿的結(jié)構(gòu)型式通常有單柱桿式、塔架式等。當船只從水面上所架設橋梁等底下穿越時，若船上的桅桿可能與橋梁發(fā)生碰撞，則需要提前放倒(或放下)桅桿，降低高度后才能使船舶安全通過?，F(xiàn)有技術(shù)的桅桿放倒過程需要人工事先確定前方是否有橋梁等障礙物以及橋梁等障礙物的水上高度，確定障礙物高度后再由船員根據(jù)船上桅桿的水上高度確定是否需要提前將桅桿放倒以避免發(fā)生碰撞。但實際上橋梁等障礙物的水上高度與水面高低有關(guān)(如漲潮退潮、洪水等引起的水面高低變化)，而船上桅桿的水上高度也與船只的吃水深淺有關(guān)，因此，每次需要掌握很多數(shù)據(jù)才能作出準確的判斷；這不但加大了的船員的工作量，同時也容易出現(xiàn)疏忽或誤判造成碰撞事故發(fā)生，從而造成重大的財產(chǎn)損失，尤其是船舶在晚上航行時，這一問題就更加突出。公開日為2013年9月18日，公開號為CN103303435A的中國專利文獻公開了一種桅桿升降裝置，包括基座、桅桿底座及桅桿，所述基座上還固定設置有螺桿底座，所述螺桿底座上設置有活動支柱及螺桿，所述螺桿上設置有與其傳動連接的傳動裝置，所述桅桿上固定設置有升降底座，所述升降底座上設置有與其轉(zhuǎn)動連接的活動支柱，所述螺桿與所述活動支柱螺紋連接，所述活動支柱和所述活動支柱的轉(zhuǎn)動方向與所述桅桿繞所述桅桿底座的轉(zhuǎn)動方向相同。該結(jié)構(gòu)以桅桿的下端為鉸接轉(zhuǎn)動點，采用絲桿轉(zhuǎn)動通過絲桿螺母帶動桅桿放倒或升起，雖然絲桿與螺母配合具有省力效果，但由于桅桿較高，因此絲桿的受力很大，人工升降相對比較費力；另外，該結(jié)構(gòu)也沒有解決船員出現(xiàn)疏忽或誤判可能造成碰撞事故的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)的桅桿升降裝置容易因疏忽或誤判造成碰撞事故，從而出現(xiàn)重大財產(chǎn)損失的問題，提供一種可自動檢測障礙物，避免造成重大財產(chǎn)損失的塔形桅桿自動升降裝置及其升降方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的具體技術(shù)方案是，一種塔形桅桿自動升降裝置，所述塔形桅桿可轉(zhuǎn)動的設置在船舶的桅桿基架上，桅桿基架為開口朝上的U形結(jié)構(gòu)，所述基架上設有一根與船舶航行方向垂直的水平軸，桅桿的下部與水平軸鉸接，桅桿上設有桅桿電機，桅桿電機的輸出軸上設有驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒輪與一個中間齒輪嗤合，中間齒輪的輪軸上設有減速齒輪，桅桿基架上設有與水平軸同軸的固定齒輪，所述減速齒輪與固定齒輪嚙合，水平軸下方的桅桿末端部設有配重塊，中間齒輪的輪軸上還設有手輪，桅桿電機轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動齒輪通過中間齒輪帶動減速齒輪轉(zhuǎn)動，桅桿相對于水平軸及固定齒輪轉(zhuǎn)動；桅桿的頂部設有用于檢測船舶航行方向障礙物的障礙物檢測裝置，障礙物檢測裝置包括檢測模塊及可調(diào)速擺動機構(gòu)，所述的擺動機構(gòu)包括分設在桅桿兩邊的水平擺動機構(gòu)與垂直擺動機構(gòu)，所述檢測模塊為兩個，分別設置在水平擺動機構(gòu)與垂直擺動機構(gòu)上；桅桿的下端部設有與所述水平軸平行的鎖定孔，桅桿基架上設有桅桿鎖扣機構(gòu)，桅桿鎖扣機構(gòu)包括一插銷，插銷的中部設置在電磁線圈中，插銷的頭部與鎖定孔想適配，插銷的尾端設有拉環(huán)，插銷上還套設有復位拉簧；塔形桅桿自動升降裝置還包括控制裝置及報警裝置，控制裝置連接并控制桅桿電機、障礙物檢測裝置、桅桿鎖扣機構(gòu)及報警裝置。
[0005]本發(fā)明的塔形桅桿設置在桅桿基架上，桅桿基架上設有一根與船舶航行方向垂直的水平軸，桅桿的下部與水平軸鉸接，桅桿上設有桅桿電機，桅桿電機的輸出軸上設有驅(qū)動齒輪，驅(qū)動齒輪與中間齒輪嚙合，與中間齒輪同軸的減速齒輪與水平軸端部的固定齒輪嚙合，桅桿底端部設有配重塊，桅桿電機轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動齒輪通過中間齒輪帶動減速齒輪轉(zhuǎn)動，由于固定齒輪與基架固定，因此桅桿相對于水平軸及固定齒輪轉(zhuǎn)動。這種桅桿結(jié)構(gòu)由于桅桿底部設有配重塊，因此水平軸兩側(cè)的桅桿相對于水平軸的力矩大體相同，使桅桿轉(zhuǎn)動升降過程非常省力，這樣既解決了桅桿豎立時應具有足夠高度的問題，也避免桅桿單邊轉(zhuǎn)動升降需要克服很大力矩，需要較大動力的問題，采用較小的電機即可滿足桅桿升降需要。而通過設置在桅桿升降齒輪輪軸上的手輪，還可以實現(xiàn)人工升降桅桿，同時人工升降桅桿時也很輕便，解決了現(xiàn)有技術(shù)的桅桿人工升降時比較費力的問題。
[0006]障礙物檢測裝置用于自動檢測船舶航行方向上可能與船舶桅桿發(fā)生碰撞的障礙物，擺動機構(gòu)實現(xiàn)障礙物檢測裝置在一定的范圍內(nèi)掃描檢測障礙物，水平擺動機構(gòu)用于水平方向檢測，垂直擺動機構(gòu)用于垂直方向檢測，確保船舶行駛方向上的一個十字形范圍內(nèi)可能與桅桿發(fā)生碰撞的障礙物均被檢測到，保證船舶航行安全?？刂蒲b置可以根據(jù)障礙物的不同情況控制桅桿升降機構(gòu)放倒桅桿或發(fā)出警告，使得桅桿放倒自動化，避免因人工操作的疏忽或誤判造成碰撞事故，進而造成重大財產(chǎn)損失的問題。
[0007]設置在桅桿基架上的插銷與設置在桅桿上的鎖定孔配合用于將處于升起狀態(tài)的桅桿鎖定，當需要將桅桿放倒時，通過電磁線圈產(chǎn)生的電磁力將插銷從鎖定孔中拉出，使桅桿解鎖處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài)；拉環(huán)的設置可以使桅桿的解鎖動作可以采用人工或其他機械拉拽方式得以實現(xiàn)，復位彈簧可以保證桅桿升起固定時插銷的頭部始終處于鎖定孔內(nèi)，確保桅桿被鎖定。此外，也可以將插銷裝置設置在桅桿上，而在基架上設置相應的鎖定孔。
[0008]作為優(yōu)選，檢測模塊包括激光發(fā)生器、與激光發(fā)生器并列設置的激光接收器及記時系統(tǒng)，障礙物檢測裝置根據(jù)激光發(fā)生器發(fā)出光線與激光接收器收到反射光線之間的時差計算出檢測裝置與障礙物的距離，激光發(fā)生器與激光接收器的前端均設有擋光管，激光發(fā)生器前端的擋光管長度大于激光接收器前端的擋光管長度，檢測模塊的有效檢測距離不小于900米。本發(fā)明檢測模塊與激光測距裝置類似，可以發(fā)射脈沖激光束，利用反射光線判斷是否存在障礙物，并利用發(fā)出光線與反射光線之間的時間差計算出距離，擋光管的設置可以減少發(fā)出光線對激光接收器的干擾以及減少其他的燈光干擾，只有與發(fā)出光線方向高度一致的光線才能被激光接收器收到。
[0009]作為優(yōu)選，擺動機構(gòu)包括一擺動電機，所述擺動電機為調(diào)速電機，擺動電機的動力軸上疊設有正向驅(qū)動齒輪與反向驅(qū)動齒輪，正向驅(qū)動齒輪與反向驅(qū)動齒輪均為齒數(shù)相同的扇形齒輪且錯位布置，擺動機構(gòu)還包括擺動齒輪，正向驅(qū)動齒輪與擺動齒輪間斷性嚙合，反向驅(qū)動齒輪與換向齒輪間斷性嚙合，換向齒輪與擺動齒輪嚙合，擺動齒輪通過一減速傳動齒輪與擺動輸出齒輪嚙合，正向驅(qū)動齒輪與擺動齒輪嚙合時，反向驅(qū)動齒輪與換向齒輪脫離嚙合，反向驅(qū)動齒輪與換向齒輪嚙合時，正向驅(qū)動齒輪與擺動齒輪脫離嚙合，所述正向驅(qū)動齒輪驅(qū)動所述擺動齒輪擺動的角度與所述反向驅(qū)動齒輪通過換向齒輪驅(qū)動所述擺動齒輪擺動的角度相等，障礙物檢測模塊固定在擺動輸出齒輪的輪軸上。
[0010]擺動電機通過驅(qū)動軸帶動正向驅(qū)動齒輪與反向驅(qū)動齒輪同方向轉(zhuǎn)動，當正向驅(qū)動齒輪與擺動齒輪嚙合時，擺動齒輪反向轉(zhuǎn)動通過一減速傳動齒輪帶動擺動輸出齒輪正向轉(zhuǎn)動，正向驅(qū)動齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動與擺動齒輪脫離嚙合，擺動齒輪停止轉(zhuǎn)動，此時反向驅(qū)動齒輪與換向齒輪嚙合，反向驅(qū)動齒輪通過換向齒輪帶動擺動齒輪正向轉(zhuǎn)動，反向驅(qū)動齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動與換向齒輪脫離嚙合后，正向驅(qū)動齒輪又開始與擺動齒輪嚙合，重復上述過程，實現(xiàn)電機連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動擺動輸出齒輪的小幅度來回擺動，從而進一步實現(xiàn)障礙物檢測裝置在一定的范圍內(nèi)掃描檢測障礙物，確保船舶行駛方向上的一定范圍內(nèi)的障礙物均被檢測到，保證船舶航行安全。本發(fā)明的水平擺動機構(gòu)與垂直擺動機構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致，只是安裝上的方向不同，一個在水平方向擺動，一個在垂直方向擺動?，F(xiàn)有技術(shù)的來回擺動機構(gòu)通常采用電機正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，但電機正反轉(zhuǎn)的缺點一是需要復雜的控制系統(tǒng)，二是電機頻繁正反轉(zhuǎn)會影響其使用壽命，不適合長時間工作；而本發(fā)明的正反轉(zhuǎn)完全通過機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，圓滿地解決了上述問題，可以長時間工作。
[0011]作為優(yōu)選，水平擺動機構(gòu)的擺動角度為4至6度，垂直擺動機構(gòu)的擺動角度為2至3度，垂直擺動機構(gòu)的初始擺動頻率與水平擺動機構(gòu)的初始擺動頻率相同。水平擺動機構(gòu)的擺動角度與垂直擺動機構(gòu)的擺動角度大小決定了障礙物檢測裝置在一定檢測距離上的掃描范圍大小；擺動角度越大，相應的檢測范圍越大，但與桅桿碰撞無關(guān)的障礙物出現(xiàn)的可能性也越大