侯昌金

摘 要：當(dāng)航道上修建了橋梁并限制通航高度時(shí)，雷達(dá)桅就可能超高而阻礙拖輪通行。這時(shí)可以將雷達(dá)桅放倒，待通過橋梁后再將其恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。為此，需要設(shè)計(jì)一種使用簡(jiǎn)單快捷的可倒式雷達(dá)桅。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)桅；可倒桅；油缸；液壓系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U667.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： While the bridge is built on the channel and the navigation height is limited， the radar mast becomes an obstacle of the tug passage. In this case， the radar mast shall be lowered and returned to normal operation after reaching the normal navigation area. For this purpose， a simple and fast foldable radar mast is designed.

Key words： Radar mast； Foldable mast； Hydrocylinder； Hydraulic system

1 引言

拖輪通常船身不大，但裝有大功率的推進(jìn)主機(jī)和拖曳設(shè)備，具有個(gè)子小、力氣大的特點(diǎn)。雷達(dá)桅是拖輪的重要設(shè)施之一，是拖輪安裝導(dǎo)航、探測(cè)、通訊天線及其它信號(hào)設(shè)備的綜合平臺(tái)，同時(shí)雷達(dá)桅也是拖輪的最高點(diǎn)。拖輪在頂推外飄較大的大型船舶時(shí)，雷達(dá)桅可能會(huì)與作業(yè)對(duì)象發(fā)生碰撞；同時(shí)當(dāng)前許多港灣、沿海及河道上都修建了橋梁，這些橋梁都會(huì)限制船舶的通航高度，而拖輪的雷達(dá)桅高度可能會(huì)超過橋梁限高。在這種情況下可以將雷達(dá)桅放倒，待通過橋梁后再將桅桿恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，因此需要設(shè)計(jì)一種使用簡(jiǎn)單快捷的可倒式雷達(dá)桅。本文的設(shè)計(jì)方案，可以解決拖輪航行時(shí)雷達(dá)桅的高度超出航道限高以及頂推作業(yè)時(shí)可能發(fā)生碰撞的問題。本方案已成功應(yīng)用在我司30 m港作拖輪系列項(xiàng)目GS13162/ GS13163/ GS13164/ GS13165上，實(shí)踐表明本方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

2 技術(shù)方案

本方案的可倒式雷達(dá)桅主要構(gòu)件包括：桅桿；支撐底座；絞鏈；液壓油缸四大部件，如圖1所示。桅桿及其附件通過絞鏈連接在支撐底座上；支撐底座采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)固定在船體頂部甲板上；桅桿下方及支撐底座內(nèi)部的眼板連接有液壓油缸，作為起升或放倒桅桿的動(dòng)力機(jī)構(gòu)；絞鏈由銷軸和襯套等組成，固定油缸兩端的眼板及絞鏈結(jié)構(gòu)均有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)加強(qiáng)。

桅桿主體根據(jù)船舶規(guī)范要求布置避雷針、天線、信號(hào)燈、雷達(dá)、汽笛、風(fēng)速風(fēng)向儀等設(shè)備，并按需要設(shè)置橫擔(dān)作為相關(guān)設(shè)備的底座；液壓油缸為往復(fù)式油缸，兩端絞點(diǎn)為關(guān)節(jié)軸承，油缸帶軟管防爆閥。液壓油缸需提供配套的液壓動(dòng)力系統(tǒng)和相應(yīng)的操作控制系統(tǒng)，為了滿足船員使用方便和操縱的安全性，該系統(tǒng)設(shè)有本地操作和駕駛臺(tái)電動(dòng)遠(yuǎn)程操作；同時(shí)還預(yù)留手搖泵接口，當(dāng)液壓動(dòng)力站發(fā)生故障或設(shè)備失電時(shí)，可以采取應(yīng)急手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)桅桿的起升和放倒作業(yè)。同時(shí)，還需為桅桿設(shè)置支撐托架及限位、鎖緊、緩沖裝置等附加裝置；此外，桅桿還應(yīng)配備攀爬直梯及安全防護(hù)籠供檢修人員使用。

3 工作方式

可倒式雷達(dá)桅的桅桿與底座之間采用鉸鏈連接：桅桿起升操作時(shí)，油缸在液壓系統(tǒng)操作下收縮產(chǎn)生拉力，使桅桿繞絞點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)約90o，到位后即用鎖扣鎖死固定在裝置的眼板上；放倒作業(yè)時(shí)，解除固定裝置，油缸在液壓系統(tǒng)操作下伸長(zhǎng)產(chǎn)生推力，使桅桿繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后桅桿在重力矩作用下逐漸處于臥倒?fàn)顟B(tài)，放倒過程中油缸同時(shí)還起到控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度避免桅桿轉(zhuǎn)動(dòng)過快產(chǎn)生沖擊的作用。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本方案可倒式雷達(dá)桅的設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：合理確定油缸固定端A點(diǎn)、活動(dòng)端B點(diǎn)及轉(zhuǎn)動(dòng)絞點(diǎn)O的相對(duì)位置（見圖2）；根據(jù)桅桿及其附件的重量重心計(jì)算起升和放倒時(shí)油缸需要的最大拉力和推力，從而選配行程、直徑、壓力合適的油缸，使整套設(shè)備布置合理、經(jīng)濟(jì)高效。

（1）設(shè)計(jì)時(shí)起升初始力臂L1應(yīng)最大化，因?yàn)槠鹕跏紶顟B(tài)的桅桿重力矩在起升過程中為最大值，隨著起升高度的增加桅桿重力矩逐漸變小，所需油缸拉力也越小；

（2）放倒作業(yè)時(shí)的初始力臂L2不宜過大，因?yàn)槲U只需很小的初始轉(zhuǎn)動(dòng)力矩即可在重力矩作用下放倒，為便于生產(chǎn)施工精度控制，L2理論值取100 mm左右為宜；

（3）在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)空間限制的情況下，L1值越大則L2值越小。為保證L2在合理范圍，當(dāng)桅桿處于豎立原始工位時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)絞點(diǎn)O應(yīng)在油缸固定端、活動(dòng)端AB延長(zhǎng)線的下方，但不能處于同一直線上，否則放倒作業(yè)時(shí)不能產(chǎn)生初始轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。因此，在初始設(shè)計(jì)階段需要不斷調(diào)整A點(diǎn)、B點(diǎn)、O點(diǎn)的位置，甚至需要修改雷達(dá)桅支撐底座內(nèi)部結(jié)構(gòu)，找出各點(diǎn)的最佳位置。

5 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)備選型計(jì)算

我司所建的30 m港作拖輪可倒桅主要參數(shù)如圖2所示：桅桿及其附件重量G=1 272 kg；水平重心距絞點(diǎn)O位置L4=2 685 mm、高度重心距絞點(diǎn)O位置L3=45 mm；起升初始力臂L1=500 mm、放倒初始力臂L2=100 mm；油缸最小安裝端點(diǎn)A、B間距離Lmin=1075 mm、行程S=700 mm；油缸缸筒直徑（D）125 mm、活塞桿直徑（d） 70 mm、活塞行程720 mm。

6 實(shí)船驗(yàn)證

上述可倒式雷達(dá)桅系統(tǒng)在我司系列30 m港作拖輪項(xiàng)目完工后成功進(jìn)行了效用測(cè)試，可在10分鐘內(nèi)完成起升或放倒動(dòng)作。在船舶交付使用后也得到了實(shí)船使用驗(yàn)證，船東反饋良好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)使用效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 林哲鋒，陳東賓. 某可倒式桅桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與組成[J]. 機(jī)電設(shè)備， 2014（2）.

[2] 液壓技術(shù)手冊(cè)[M]. 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[3] 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]， 機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.

[4] 機(jī)械設(shè)計(jì)[J]. 武漢水運(yùn)工程學(xué)院，1986.