侯昌金

摘 要：當航道上修建了橋梁并限制通航高度時，雷達桅就可能超高而阻礙拖輪通行。這時可以將雷達桅放倒，待通過橋梁后再將其恢復到正常工作狀態(tài)。為此，需要設計一種使用簡單快捷的可倒式雷達桅。

關鍵詞：雷達桅；可倒桅；油缸；液壓系統(tǒng)

中圖分類號：U667.1 文獻標識碼：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主機和拖曳設備，具有個子小、力氣大的特點。雷達桅是拖輪的重要設施之一，是拖輪安裝導航、探測、通訊天線及其它信號設備的綜合平臺，同時雷達桅也是拖輪的最高點。拖輪在頂推外飄較大的大型船舶時，雷達桅可能會與作業(yè)對象發(fā)生碰撞；同時當前許多港灣、沿海及河道上都修建了橋梁，這些橋梁都會限制船舶的通航高度，而拖輪的雷達桅高度可能會超過橋梁限高。在這種情況下可以將雷達桅放倒，待通過橋梁后再將桅桿恢復到正常工作狀態(tài)，因此需要設計一種使用簡單快捷的可倒式雷達桅。本文的設計方案，可以解決拖輪航行時雷達桅的高度超出航道限高以及頂推作業(yè)時可能發(fā)生碰撞的問題。本方案已成功應用在我司30 m港作拖輪系列項目GS13162/ GS13163/ GS13164/ GS13165上，實踐表明本方案安全可靠、經(jīng)濟實用。

2 技術方案

本方案的可倒式雷達桅主要構件包括：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；支撐底座采用加強結構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力機構；絞鏈由銷軸和襯套等組成，固定油缸兩端的眼板及絞鏈結構均有適當?shù)脑O計加強。

桅桿主體根據(jù)船舶規(guī)范要求布置避雷針、天線、信號燈、雷達、汽笛、風速風向儀等設備，并按需要設置橫擔作為相關設備的底座；液壓油缸為往復式油缸，兩端絞點為關節(jié)軸承，油缸帶軟管防爆閥。液壓油缸需提供配套的液壓動力系統(tǒng)和相應的操作控制系統(tǒng)，為了滿足船員使用方便和操縱的安全性，該系統(tǒng)設有本地操作和駕駛臺電動遠程操作；同時還預留手搖泵接口，當液壓動力站發(fā)生故障或設備失電時，可以采取應急手動操作實現(xiàn)桅桿的起升和放倒作業(yè)。同時，還需為桅桿設置支撐托架及限位、鎖緊、緩沖裝置等附加裝置；此外，桅桿還應配備攀爬直梯及安全防護籠供檢修人員使用。

3 工作方式

可倒式雷達桅的桅桿與底座之間采用鉸鏈連接：桅桿起升操作時，油缸在液壓系統(tǒng)操作下收縮產(chǎn)生拉力，使桅桿繞絞點O旋轉約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，解除固定裝置，油缸在液壓系統(tǒng)操作下伸長產(chǎn)生推力，使桅桿繞點O轉動，隨后桅桿在重力矩作用下逐漸處于臥倒狀態(tài)，放倒過程中油缸同時還起到控制轉動速度避免桅桿轉動過快產(chǎn)生沖擊的作用。

4 設計要點

本方案可倒式雷達桅的設計要點為：合理確定油缸固定端A點、活動端B點及轉動絞點O的相對位置（見圖2）；根據(jù)桅桿及其附件的重量重心計算起升和放倒時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，使整套設備布置合理、經(jīng)濟高效。

（1）設計時起升初始力臂L1應最大化，因為起升初始狀態(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?。?/p>

（2）放倒作業(yè)時的初始力臂L2不宜過大，因為桅桿只需很小的初始轉動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)有結構空間限制的情況下，L1值越大則L2值越小。為保證L2在合理范圍，當桅桿處于豎立原始工位時，轉動絞點O應在油缸固定端、活動端AB延長線的下方，但不能處于同一直線上，否則放倒作業(yè)時不能產(chǎn)生初始轉動力矩。因此，在初始設計階段需要不斷調整A點、B點、O點的位置，甚至需要修改雷達桅支撐底座內(nèi)部結構，找出各點的最佳位置。

5 主要設計參數(shù)及設備選型計算

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O位置L4=2 685 mm、高度重心距絞點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 實船驗證

上述可倒式雷達桅系統(tǒng)在我司系列30 m港作拖輪項目完工后成功進行了效用測試，可在10分鐘內(nèi)完成起升或放倒動作。在船舶交付使用后也得到了實船使用驗證，船東反饋良好，達到了預期的設計使用效果。

參考文獻

[1] 林哲鋒，陳東賓. 某可倒式桅桿系統(tǒng)的設計與組成[J]. 機電設備， 2014（2）.

[2] 液壓技術手冊[M]. 遼寧科學技術出版社，2004.

[3] 機械零件設計手冊[M]， 機械工業(yè)出版社， 2004.

[4] 機械設計[J]. 武漢水運工程學院，1986.