柱形桅杆防撞装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉船用桅杆升降技术领域，尤其是涉及一种可以有效防止船舶桅杆与桥梁等障碍物发生碰撞的柱形桅杆防撞装置及其桅杆防撞方法。
【背景技术】
[0002]桅杆一般都安装于船舶的最高的顶棚中心线处，用于安装雷达、航行信号灯及通信天线等，是船舶航行时非常重要的安全设施。桅杆的结构型式通常有单柱杆式、塔架式等。当船只从水面上所架设桥梁等底下穿越时，若船上的桅杆可能与桥梁发生碰撞，则需要提前放倒(或放下)桅杆，降低高度后才能使船舶安全通过。现有技术的桅杆放倒过程需要人工事先确定前方是否有桥梁等障碍物以及桥梁等障碍物的水上高度，确定障碍物高度后再由船员根据船上桅杆的水上高度确定是否需要提前将桅杆放倒以避免发生碰撞。但实际上桥梁等障碍物的水上高度与水面高低有关(如涨潮退潮、洪水等引起的水面高低变化)，而船上桅杆的水上高度也与船只的吃水深浅有关，因此，每次需要掌握很多数据才能作出准确的判断；这不但加大了的船员的工作量，同时也容易出现疏忽或误判造成碰撞事故发生，从而造成重大的财产损失，尤其是船舶在晚上航行时，这一问题就更加突出。公开日为2013年9月18日，公开号为CN103303435A的中国专利文献公开了一种桅杆升降装置，包括基座、桅杆底座及桅杆，所述基座上还固定设置有螺杆底座，所述螺杆底座上设置有活动支柱及螺杆，所述螺杆上设置有与其传动连接的传动装置，所述桅杆上固定设置有升降底座，所述升降底座上设置有与其转动连接的活动支柱，所述螺杆与所述活动支柱螺纹连接，所述活动支柱和所述活动支柱的转动方向与所述桅杆绕所述桅杆底座的转动方向相同。该结构以桅杆的下端为铰接转动点，采用丝杆转动通过丝杆螺母带动桅杆放倒或升起，虽然丝杆与螺母配合具有省力效果，但由于桅杆较高，因此丝杆的受力很大，人工升降相对比较费力；另外，该结构也没有解决船员出现疏忽或误判可能造成碰撞事故的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为解决现有技术的桅杆防撞装置容易因疏忽或误判造成碰撞事故，从而出现重大财产损失的问题，提供一种可自动检测障碍物，避免造成重大财产损失的柱形桅杆防撞装置及其防撞方法。
[0004]本发明为解决上述技术问题而采用的具体技术方案是，一种柱形桅杆防撞装置，所述柱形桅杆可转动地设置在船舶的桅杆基架上，桅杆基架为开口朝上的U形结构，所述基架上设有一根与船舶航行方向垂直的水平转轴，水平转轴的中部固定有一个用于定位桅杆的滑套，桅杆穿设在滑套内，桅杆的下半部外壁上轴向设有齿条，滑套的外壁上设有桅杆电机，桅杆电机的输出轴上设有桅杆驱动齿轮，桅杆驱动齿轮与一个桅杆升降齿轮嗤合，滑套与齿条对应一侧的侧壁上设有缺口，桅杆升降齿轮的一侧通过滑套侧壁上的缺口与桅杆上的齿条啮合，桅杆基架上设有与水平转轴同轴的固定齿轮，桅杆升降齿轮的另一侧通过减速齿轮组与固定齿轮啮合，桅杆电机转动时，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮及齿条带动桅杆在滑套内上下升降，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮、减速齿轮组使滑套相对于固定齿轮转动，桅杆升降齿轮的轮轴上还设有手轮；桅杆基架上设有用于检测船舶航行前方障碍物的障碍物检测装置及用于检测船舶上方障碍物的障碍物传感器，障碍物检测装置包括检测模块及可调速摆动机构，所述的摆动机构包括水平摆动机构及垂直摆动机构，垂直摆动机构设置在水平摆动机构上，所述检测模块为一个，设置在垂直摆动机构上；桅杆的下端部设有与所述水平转轴平行的锁定孔，桅杆基架上设有桅杆锁扣机构，桅杆锁扣机构包括一插销，插销的中部设置在电磁线圈中，插销的头部与锁定孔想适配，插销的尾端设有拉环，插销上还套设有复位拉簧；柱形桅杆防撞装置还包括控制装置及报警装置，控制装置连接并控制桅杆电机、障碍物检测装置、桅杆锁扣机构及报警装置。
[0005]本发明的柱形桅杆设置在桅杆基架上，桅杆基架上设有一根与船舶航行方向垂直的水平转轴，水平转轴的中部固定有一个用于定位桅杆的滑套，桅杆穿设在滑套内，通过桅杆电机驱动，桅杆可以在滑套的轴向移动，同时滑套同步转动，带动桅杆向后放倒。这种放倒桅杆的方式由于桅杆边下降边转动放倒，因此可以使桅杆重心相对于水平转轴的力矩得以减小，当桅杆放倒至水平位置时，水平转轴位于桅杆的中部接近重心位置，桅杆重心相对于水平转轴的力矩最小。而桅杆竖起时，水平转轴以上部分的桅杆也是一个边竖起边伸长的过程，这样既解决了桅杆竖立时应具有足够高度的问题，也使桅杆升降过程相对于水平转轴的力矩较小，避免单边转动升降需要克服很大力矩，需要较大动力的问题，采用较小的电机即可满足桅杆升降需要。而通过设置在桅杆升降齿轮轮轴上的手轮，还可以实现人工升降桅杆，同时人工升降桅杆时也比较轻便，解决了现有技术的桅杆人工升降时比较费力的问题。
[0006]障碍物检测装置用于自动检测船舶航行方向上可能与船舶桅杆发生碰撞的障碍物，摆动机构实现障碍物检测装置在一定的范围内扫描检测障碍物，确保船舶行驶方向上的一个矩形范围内可能与桅杆发生碰撞的障碍物均被检测到，保证船舶航行安全。控制装置可以根据障碍物的不同情况控制桅杆升降机构放下桅杆或发出警告，使得桅杆放倒自动化，避免因人工操作的疏忽或误判造成碰撞事故，进而造成重大财产损失的问题。
[0007]设置在桅杆基架上的插销与设置在桅杆上的锁定孔配合用于将处于升起状态的桅杆锁定，当需要将桅杆放倒时，通过电磁线圈产生的电磁力将插销从锁定孔中拉出，使桅杆解锁处于可升降可转动状态；拉环的设置可以使桅杆的解锁动作可以采用人工或其他机械拉拽方式得以实现，复位弹簧可以保证桅杆升起固定时插销的头部始终处于锁定孔内，确保桅杆被锁定。此外，也可以将插销装置设置在桅杆上，而在基架上设置相应的锁定孔。
[0008]作为优选，检测模块包括激光发生器、与激光发生器并列设置的激光接收器及记时系统，障碍物检测装置根据激光发生器发出光线与激光接收器收到反射光线之间的时差计算出检测装置与障碍物的距离，激光发生器与激光接收器的前端均设有挡光管，激光发生器前端的挡光管长度大于激光接收器前端的挡光管长度，检测模块的有效检测距离不小于850米。本发明检测模块与激光测距装置类似，可以发射脉冲激光束，利用反射光线判断是否存在障碍物，并利用发出光线与反射光线之间的时间差计算出距离，挡光管的设置可以减少发出光线对激光接收器的干扰以及减少其他的灯光干扰，只有与发出光线方向高度一致的光线才能被激光接收器收到。
[0009]作为优选，摆动机构包括一摆动电机，所述摆动电机为调速电机，摆动电机的动力轴上叠设有正向驱动齿轮与反向驱动齿轮，正向驱动齿轮与反向驱动齿轮均为齿数、模数相同的扇形齿轮且错位布置，摆动机构还包括摆动齿轮，正向驱动齿轮与摆动齿轮间断性啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮间断性啮合，换向齿轮与摆动齿轮啮合，摆动齿轮通过一减速传动齿轮与摆动输出齿轮啮合，正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，反向驱动齿轮与换向齿轮脱离啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮啮合时，正向驱动齿轮与摆动齿轮脱离啮合，所述正向驱动齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度与所述反向驱动齿轮通过换向齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度相等，障碍物检测模块固定在摆动输出齿轮的轮轴上。
[0010]摆动电机通过驱动轴带动正向驱动齿轮与反向驱动齿轮同方向转动，当正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，摆动齿轮反向转动通过一减速传动齿轮带动摆动输出齿轮正向转动，正向驱动齿轮继续转动与摆动齿轮脱离啮合，摆动齿轮停止转动，此时反向驱动齿轮与换向齿轮啮合，反向驱动齿轮通过换向齿轮带动摆动齿轮正向转动，反向驱动齿轮继续转动与换向齿轮脱离啮合后，正向驱动齿轮又开始与摆动齿轮啮合，重复上述过程，实现电机连续转动带动摆动输出齿轮的小幅度来回摆动，从而进一步实现障碍物检测装置在一定的范围内扫描检测障碍物，确保船舶行驶方向上的一定范围内的障碍物均被检测到，保证船舶航行安全。本发明的水平摆动机构与垂直摆动机构的内部结构一致，只是安装上的方向不同，一个在水平方向摆动，一个在垂直方向摆动。现有技术的来回摆动机构通常采用电机正反转来实现，但电机正反转的缺点一是需要复杂的控制系统，二是电机频繁正反转会影响其使用寿命，不适合长时间工作；而本发明的正反转完全通过机械结构实现，圆满地解决了上述问题，可以长时间工作。
[0011]作为优选，水平摆动机构的摆动角度为4至5度，垂直摆动机构的摆动角度为2至3度，垂直摆动机构的初始摆动频率是水平摆动机构初始摆动频率的2至3倍。水平摆动机构的摆动角度与垂直摆动机构的摆动角度大小决定了障碍物检测装置在一定检测距离上的扫描范围大小；摆动角度越大，相应的检测范围越大，但与桅杆碰撞无关的障碍物出现的可能性也越大，容易影响检测精度；摆动角度越小，相应的检测范围越小，虽然与桅杆碰撞无关的障碍物出现的可能性也越小，但可能漏掉某些障碍物，特别的桥梁等网格状的障碍物。另外，由于本发明的障碍物检测仅仅作为桅杆防撞考虑，而低于桅杆基架的障碍物由于不属于本发明能够解决的技术问题，不在本发明的考虑范围内。因此垂直摆动机构的摆动角度可以根据桅杆基架上的桅杆高度并结合合适的检测距离加以确定，这里合适的检测距离是对可能出现的最大航速、桅杆放倒所需时