柱形桅桿防撞裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉船用桅桿升降技術領域，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)生碰撞的柱形桅桿防撞裝置及其桅桿防撞方法。
【背景技術】
[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。桅桿的結構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。現有技術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(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，因此，每次需要掌握很多數據才能作出準確的判斷；這不但加大了的船員的工作量，同時也容易出現疏忽或誤判造成碰撞事故發(fā)生，從而造成重大的財產損失，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動方向與所述桅桿繞所述桅桿底座的轉動方向相同。該結構以桅桿的下端為鉸接轉動點，采用絲桿轉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，該結構也沒有解決船員出現疏忽或誤判可能造成碰撞事故的問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是為解決現有技術的桅桿防撞裝置容易因疏忽或誤判造成碰撞事故，從而出現重大財產損失的問題，提供一種可自動檢測障礙物，避免造成重大財產損失的柱形桅桿防撞裝置及其防撞方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術問題而采用的具體技術方案是，一種柱形桅桿防撞裝置，所述柱形桅桿可轉動地設置在船舶的桅桿基架上，桅桿基架為開口朝上的U形結構，所述基架上設有一根與船舶航行方向垂直的水平轉軸，水平轉軸的中部固定有一個用于定位桅桿的滑套，桅桿穿設在滑套內，桅桿的下半部外壁上軸向設有齒條，滑套的外壁上設有桅桿電機，桅桿電機的輸出軸上設有桅桿驅動齒輪，桅桿驅動齒輪與一個桅桿升降齒輪嗤合，滑套與齒條對應一側的側壁上設有缺口，桅桿升降齒輪的一側通過滑套側壁上的缺口與桅桿上的齒條嚙合，桅桿基架上設有與水平轉軸同軸的固定齒輪，桅桿升降齒輪的另一側通過減速齒輪組與固定齒輪嚙合，桅桿電機轉動時，桅桿驅動齒輪通過桅桿升降齒輪及齒條帶動桅桿在滑套內上下升降，桅桿驅動齒輪通過桅桿升降齒輪、減速齒輪組使滑套相對于固定齒輪轉動，桅桿升降齒輪的輪軸上還設有手輪；桅桿基架上設有用于檢測船舶航行前方障礙物的障礙物檢測裝置及用于檢測船舶上方障礙物的障礙物傳感器，障礙物檢測裝置包括檢測模塊及可調速擺動機構，所述的擺動機構包括水平擺動機構及垂直擺動機構，垂直擺動機構設置在水平擺動機構上，所述檢測模塊為一個，設置在垂直擺動機構上；桅桿的下端部設有與所述水平轉軸平行的鎖定孔，桅桿基架上設有桅桿鎖扣機構，桅桿鎖扣機構包括一插銷，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；柱形桅桿防撞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、桅桿鎖扣機構及報警裝置。
[0005]本發(fā)明的柱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轉軸，水平轉軸的中部固定有一個用于定位桅桿的滑套，桅桿穿設在滑套內，通過桅桿電機驅動，桅桿可以在滑套的軸向移動，同時滑套同步轉動，帶動桅桿向后放倒。這種放倒桅桿的方式由于桅桿邊下降邊轉動放倒，因此可以使桅桿重心相對于水平轉軸的力矩得以減小，當桅桿放倒至水平位置時，水平轉軸位于桅桿的中部接近重心位置，桅桿重心相對于水平轉軸的力矩最小。而桅桿豎起時，水平轉軸以上部分的桅桿也是一個邊豎起邊伸長的過程，這樣既解決了桅桿豎立時應具有足夠高度的問題，也使桅桿升降過程相對于水平轉軸的力矩較小，避免單邊轉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，還可以實現人工升降桅桿，同時人工升降桅桿時也比較輕便，解決了現有技術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，擺動機構實現障礙物檢測裝置在一定的范圍內掃描檢測障礙物，確保船舶行駛方向上的一個矩形范圍內可能與桅桿發(fā)生碰撞的障礙物均被檢測到，保證船舶航行安全?？刂蒲b置可以根據障礙物的不同情況控制桅桿升降機構放下桅桿或發(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，通過電磁線圈產生的電磁力將插銷從鎖定孔中拉出，使桅桿解鎖處于可升降可轉動狀態(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，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，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850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，擺動機構包括一擺動電機，所述擺動電機為調速電機，擺動電機的動力軸上疊設有正向驅動齒輪與反向驅動齒輪，正向驅動齒輪與反向驅動齒輪均為齒數、模數相同的扇形齒輪且錯位布置，擺動機構還包括擺動齒輪，正向驅動齒輪與擺動齒輪間斷性嚙合，反向驅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，正向驅動齒輪與擺動齒輪嚙合時，反向驅動齒輪與換向齒輪脫離嚙合，反向驅動齒輪與換向齒輪嚙合時，正向驅動齒輪與擺動齒輪脫離嚙合，所述正向驅動齒輪驅動所述擺動齒輪擺動的角度與所述反向驅動齒輪通過換向齒輪驅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]擺動電機通過驅動軸帶動正向驅動齒輪與反向驅動齒輪同方向轉動，當正向驅動齒輪與擺動齒輪嚙合時，擺動齒輪反向轉動通過一減速傳動齒輪帶動擺動輸出齒輪正向轉動，正向驅動齒輪繼續(xù)轉動與擺動齒輪脫離嚙合，擺動齒輪停止轉動，此時反向驅動齒輪與換向齒輪嚙合，反向驅動齒輪通過換向齒輪帶動擺動齒輪正向轉動，反向驅動齒輪繼續(xù)轉動與換向齒輪脫離嚙合后，正向驅動齒輪又開始與擺動齒輪嚙合，重復上述過程，實現電機連續(xù)轉動帶動擺動輸出齒輪的小幅度來回擺動，從而進一步實現障礙物檢測裝置在一定的范圍內掃描檢測障礙物，確保船舶行駛方向上的一定范圍內的障礙物均被檢測到，保證船舶航行安全。本發(fā)明的水平擺動機構與垂直擺動機構的內部結構一致，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有技術的來回擺動機構通常采用電機正反轉來實現，但電機正反轉的缺點一是需要復雜的控制系統(tǒng)，二是電機頻繁正反轉會影響其使用壽命，不適合長時間工作；而本發(fā)明的正反轉完全通過機械結構實現，圓滿地解決了上述問題，可以長時間工作。
[0011]作為優(yōu)選，水平擺動機構的擺動角度為4至5度，垂直擺動機構的擺動角度為2至3度，垂直擺動機構的初始擺動頻率是水平擺動機構初始擺動頻率的2至3倍。水平擺動機構的擺動角度與垂直擺動機構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，但與桅桿碰撞無關的障礙物出現的可能性也越大，容易影響檢測精度；擺動角度越小，相應的檢測范圍越小，雖然與桅桿碰撞無關的障礙物出現的可能性也越小，但可能漏掉某些障礙物，特別的橋梁等網格狀的障礙物。另外，由于本發(fā)明的障礙物檢測僅僅作為桅桿防撞考慮，而低于桅桿基架的障礙物由于不屬于本發(fā)明能夠解決的技術問題，不在本發(fā)明的考慮范圍內。因此垂直擺動機構的擺動角度可以根據桅桿基架上的桅桿高度并結合合適的檢測距離加以確定，這里合適的檢測距離是對可能出現的最大航速、桅桿放倒所需時