可倒式雷达桅在拖轮上的应用

侯昌金

摘 要：当航道上修建了桥梁并限制通航高度时，雷达桅就可能超高而阻碍拖轮通行。这时可以将雷达桅放倒，待通过桥梁后再将其恢复到正常工作状态。为此，需要设计一种使用简单快捷的可倒式雷达桅。

关键词：雷达桅；可倒桅；油缸；液压系统

中图分类号：U667.1 文献标识码：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

拖轮通常船身不大，但装有大功率的推进主机和拖曳设备，具有个子小、力气大的特点。雷达桅是拖轮的重要设施之一，是拖轮安装导航、探测、通讯天线及其它信号设备的综合平台，同时雷达桅也是拖轮的最高点。拖轮在顶推外飘较大的大型船舶时，雷达桅可能会与作业对象发生碰撞；同时当前许多港湾、沿海及河道上都修建了桥梁，这些桥梁都会限制船舶的通航高度，而拖轮的雷达桅高度可能会超过桥梁限高。在这种情况下可以将雷达桅放倒，待通过桥梁后再将桅杆恢复到正常工作状态，因此需要设计一种使用简单快捷的可倒式雷达桅。本文的设计方案，可以解决拖轮航行时雷达桅的高度超出航道限高以及顶推作业时可能发生碰撞的问题。本方案已成功应用在我司30 m港作拖轮系列项目GS13162/ GS13163/ GS13164/ GS13165上，实践表明本方案安全可靠、经济实用。

2 技术方案

本方案的可倒式雷达桅主要构件包括：桅杆；支撑底座；绞链；液压油缸四大部件，如图1所示。桅杆及其附件通过绞链连接在支撑底座上；支撑底座采用加强结构固定在船体顶部甲板上；桅杆下方及支撑底座内部的眼板连接有液压油缸，作为起升或放倒桅杆的动力机构；绞链由销轴和衬套等组成，固定油缸两端的眼板及绞链结构均有适当的设计加强。

桅杆主体根据船舶规范要求布置避雷针、天线、信号灯、雷达、汽笛、风速风向仪等设备，并按需要设置横担作为相关设备的底座；液压油缸为往复式油缸，两端绞点为关节轴承，油缸带软管防爆阀。液压油缸需提供配套的液压动力系统和相应的操作控制系统，为了满足船员使用方便和操纵的安全性，该系统设有本地操作和驾驶台电动远程操作；同时还预留手摇泵接口，当液压动力站发生故障或设备失电时，可以采取应急手动操作实现桅杆的起升和放倒作业。同时，还需为桅杆设置支撑托架及限位、锁紧、缓冲装置等附加装置；此外，桅杆还应配备攀爬直梯及安全防护笼供检修人员使用。

3 工作方式

可倒式雷达桅的桅杆与底座之间采用铰链连接：桅杆起升操作时，油缸在液压系统操作下收缩产生拉力，使桅杆绕绞点O旋转约90o，到位后即用锁扣锁死固定在装置的眼板上；放倒作业时，解除固定装置，油缸在液压系统操作下伸长产生推力，使桅杆绕点O转动，随后桅杆在重力矩作用下逐渐处于卧倒状态，放倒过程中油缸同时还起到控制转动速度避免桅杆转动过快产生冲击的作用。

4 设计要点

本方案可倒式雷达桅的设计要点为：合理确定油缸固定端A点、活动端B点及转动绞点O的相对位置（见图2）；根据桅杆及其附件的重量重心计算起升和放倒时油缸需要的最大拉力和推力，从而选配行程、直径、压力合适的油缸，使整套设备布置合理、经济高效。

（1）设计时起升初始力臂L1应最大化，因为起升初始状态的桅杆重力矩在起升过程中为最大值，随着起升高度的增加桅杆重力矩逐渐变小，所需油缸拉力也越小；

（2）放倒作业时的初始力臂L2不宜过大，因为桅杆只需很小的初始转动力矩即可在重力矩作用下放倒，为便于生产施工精度控制，L2理论值取100 mm左右为宜；

（3）在现有结构空间限制的情况下，L1值越大则L2值越小。为保证L2在合理范围，当桅杆处于竖立原始工位时，转动绞点O应在油缸固定端、活动端AB延长线的下方，但不能处于同一直线上，否則放倒作业时不能产生初始转动力矩。因此，在初始设计阶段需要不断调整A点、B点、O点的位置，甚至需要修改雷达桅支撑底座内部结构，找出各点的最佳位置。

5 主要设计参数及设备选型计算

我司所建的30 m港作拖轮可倒桅主要参数如图2所示：桅杆及其附件重量G=1 272 kg；水平重心距绞点O位置L4=2 685 mm、高度重心距绞点O位置L3=45 mm；起升初始力臂L1=500 mm、放倒初始力臂L2=100 mm；油缸最小安装端点A、B间距离Lmin=1075 mm、行程S=700 mm；油缸缸筒直径（D）125 mm、活塞杆直径（d） 70 mm、活塞行程720 mm。

6 实船验证

上述可倒式雷达桅系统在我司系列30 m港作拖轮项目完工后成功进行了效用测试，可在10分钟内完成起升或放倒动作。在船舶交付使用后也得到了实船使用验证，船东反馈良好，达到了预期的设计使用效果。

参考文献

[1] 林哲锋，陈东宾. 某可倒式桅杆系统的设计与组成[J]. 机电设备， 2014（2）.

[2] 液压技术手册[M]. 辽宁科学技术出版社，2004.

[3] 机械零件设计手册[M]， 机械工业出版社， 2004.

[4] 机械设计[J]. 武汉水运工程学院，1986.