柱形桅桿自動防撞裝置及其方法
【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)生碰撞的柱形桅桿自動防撞裝置及其防撞方法。
【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(dá)、航行信號燈及通信天線等，是船舶航行時(shí)非常重要的安全設(shè)施。桅桿的結(jié)構(gòu)型式通常有單柱桿式、塔架式等。當(dāng)船只從水面上所架設(shè)橋梁等底下穿越時(shí)，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(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(shí)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(zhǔn)確的判斷；這不但加大了的船員的工作量，同時(shí)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(cái)產(chǎn)損失，尤其是船舶在晚上航行時(shí)，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(xiàn)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(shè)置有螺桿底座，所述螺桿底座上設(shè)置有活動支柱及螺桿，所述螺桿上設(shè)置有與其傳動連接的傳動裝置，所述桅桿上固定設(shè)置有升降底座，所述升降底座上設(shè)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(diǎn)，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(fèi)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(cái)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(cái)產(chǎn)損失的柱形桅桿自動防撞裝置及其防撞方法。
[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，一種柱形桅桿自動防撞裝置，所述柱形桅桿可轉(zhuǎn)動地設(shè)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(shè)有一根與船舶航行方向垂直的水平轉(zhuǎn)軸，水平轉(zhuǎn)軸的中部固定有一個用于定位桅桿的滑套，桅桿穿設(shè)在滑套內(nèi)，桅桿的下半部外壁上軸向設(shè)有齒條，滑套的外壁上設(shè)有桅桿電機(jī)，桅桿電機(jī)的輸出軸上設(shè)有桅桿驅(qū)動齒輪，桅桿驅(qū)動齒輪與一個桅桿升降齒輪嗤合，滑套與齒條對應(yīng)一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有缺口，桅桿升降齒輪的一側(cè)通過滑套側(cè)壁上的缺口與桅桿上的齒條嚙合，桅桿基架上設(shè)有與水平轉(zhuǎn)軸同軸的固定齒輪，桅桿升降齒輪的另一側(cè)通過減速齒輪組與固定齒輪嚙合，桅桿電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，桅桿驅(qū)動齒輪通過桅桿升降齒輪及齒條帶動桅桿在滑套內(nèi)上下升降，桅桿驅(qū)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(zhuǎn)動，桅桿升降齒輪的輪軸上還設(shè)有手輪；桅桿基架上設(shè)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(diào)速擺動機(jī)構(gòu)，所述的擺動機(jī)構(gòu)包括分設(shè)在基架兩側(cè)的水平擺動機(jī)構(gòu)與垂直擺動機(jī)構(gòu)，所述檢測模塊為兩個，分別設(shè)置在水平擺動機(jī)構(gòu)與垂直擺動機(jī)構(gòu)上；桅桿的下端部設(shè)有與所述水平轉(zhuǎn)軸平行的鎖定孔，桅桿基架上設(shè)有桅桿鎖扣機(jī)構(gòu)，桅桿鎖扣機(jī)構(gòu)包括一插銷，插銷的中部設(shè)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(shè)有拉環(huán)，插銷上還套設(shè)有復(fù)位拉簧；柱形桅桿自動防撞裝置還包括控制裝置及報(bào)警裝置，控制裝置連接并控制桅桿電機(jī)、障礙物檢測裝置、桅桿鎖扣機(jī)構(gòu)及報(bào)警裝置。
[0005]本發(fā)明的柱形桅桿設(shè)置在桅桿基架上，桅桿基架上設(shè)有一根與船舶航行方向垂直的水平轉(zhuǎn)軸，水平轉(zhuǎn)軸的中部固定有一個用于定位桅桿的滑套，桅桿穿設(shè)在滑套內(nèi)，通過桅桿電機(jī)驅(qū)動，桅桿可以在滑套的軸向移動，同時(shí)滑套同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動放倒，因此可以使桅桿重心相對于水平轉(zhuǎn)軸的力矩得以減小，當(dāng)桅桿放倒至水平位置時(shí)，水平轉(zhuǎn)軸位于桅桿的中部接近重心位置，桅桿重心相對于水平轉(zhuǎn)軸的力矩最小。而桅桿豎起時(shí)，水平轉(zhuǎn)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(shí)應(yīng)具有足夠高度的問題，也使桅桿升降過程相對于水平轉(zhuǎn)軸的力矩較小，避免單邊轉(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(jī)即可滿足桅桿升降需要。而通過設(shè)置在桅桿升降齒輪輪軸上的手輪，還可以實(shí)現(xiàn)人工升降桅桿，同時(shí)人工升降桅桿時(shí)也比較輕便，解決了現(xiàn)有技術(shù)的桅桿人工升降時(shí)比較費(fèi)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(jī)構(gòu)實(shí)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(jī)構(gòu)用于水平方向檢測，垂直擺動機(jī)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。障礙物傳感器可以檢測船舶是否通過了橋梁等障礙物；控制裝置可以根據(jù)障礙物的不同情況控制桅桿升降機(jī)構(gòu)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(jìn)而造成重大財(cái)產(chǎn)損失的問題。
[0007]設(shè)置在桅桿基架上的插銷與設(shè)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(dāng)需要將桅桿放倒時(shí)，通過電磁線圈產(chǎn)生的電磁力將插銷從鎖定孔中拉出，使桅桿解鎖處于可升降可轉(zhuǎn)動狀態(tài)；拉環(huán)的設(shè)置可以使桅桿的解鎖動作可以采用人工或其他機(jī)械拉拽方式得以實(shí)現(xiàn)，復(fù)位彈簧可以保證桅桿升起固定時(shí)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(shè)置在桅桿上，而在基架上設(shè)置相應(yīng)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(shè)置的激光接收器及記時(shí)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(shí)差計(jì)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(shè)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800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(shí)間差計(jì)算出距離，擋光管的設(shè)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(jī)構(gòu)包括一擺動電機(jī)，所述擺動電機(jī)為調(diào)速電機(jī)，擺動電機(jī)的動力軸上疊設(shè)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)、模數(shù)相同的扇形齒輪且錯位布置，擺動機(jī)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(shí)，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(shí)，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(jī)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(dāng)正向驅(qū)動齒輪與擺動齒輪嚙合時(shí)，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(shí)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(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動擺動輸出齒輪的小幅度來回?cái)[動，從而進(jìn)一步實(shí)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(jī)構(gòu)與垂直擺動機(jī)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?cái)[動機(jī)構(gòu)通常采用電機(jī)正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，但電機(jī)正反轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)一是需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，二是電機(jī)頻繁正反轉(zhuǎn)會影響其使用壽命，不適合長時(shí)間工作；而本發(fā)明的正反轉(zhuǎn)完全通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，圓滿地解決了上述問題，可以長時(shí)間工作。
[0011]作為優(yōu)選，水平擺動機(jī)構(gòu)的擺動角度為4至5度，垂直擺動機(jī)構(gòu)的擺動角度為2至3度，垂直擺動機(jī)構(gòu)的初始擺動頻率與水平擺動機(jī)構(gòu)的初始擺動頻率相同。水平擺動機(jī)構(gòu)的擺動角度與垂直擺動機(jī)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?。粩[動角度越大，相應(yīng)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，容易影響檢測精度；擺動角度越小，相應(yīng)的檢測范圍越小，雖然與桅桿碰撞無關(guān)的障礙物出現(xiàn)的可能性也越小，但可能漏掉某些障礙物，特別的橋梁等網(wǎng)格狀的障礙物。另夕卜，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(shù)問題，不在本發(fā)明的考慮范