CN112823118A - 用于船只的自动系泊装置 - Google Patents

Abstract

一种用于自动系泊并停泊10英尺‑70英尺长的船只的系泊装置(10)，所述系泊装置由固定到码头(2)的两个坞指单元(20)建成。所述坞指单元(20)配备有柔性触手元件(80)，所述柔性触手元件用于通过保持与船体(6)持续接触来定位所述船只(4)。并且所述坞指单元也配备有用于捕获和锁定所述船只(4)的自动操作锁定机构(40)。系泊装置(10)具有控制面板(90)，所述控制面板具有内置的可编程处理器(98)和通信单元(98)，所述通信单元可以通过通信手段从任何地方访问，并连接到港口IT系统。

Description

用于船只的自动系泊装置

技术领域

本发明是允许无绳索、自动系泊和停泊10英尺-70英尺长的船只的系泊装置。

背景技术

船只通常使用绳索系泊到码头或锚。配备了最先进技术的昂贵船只/游艇也是如此。为了使用绳索系泊，操作员通常还需要协助人员进行系泊。

系泊船只是危险的操作，特别是在大风天气、浪高或水位变化的情况下是危险的操作。在这种环境下，当接近系泊点时和在系泊期间，船只可能会受力撞击码头，从而使船只和/或码头可能受到损坏。修理高价值船只的损坏涉及专业工作和由此显著的成本和时间。使用损坏的码头是不安全的，并且码头也需要维修。

已经开发并应用了各种技术方案来避免由于船只和码头的碰撞而造成的伤害和损害。

最简单且最常见的解决方案是使用悬挂在船上的保险杠(bumper)，并且船上的船员在系泊期间将所述保险杠悬挂在船旁的适当高度处。由于保险杠由柔性材料制成以吸收碰撞能量，因此保险杠可抑制与码头碰撞的力。使用保险杠的问题在于，必须将保险杠悬挂在正确的高度和点处，但这并不总是成功的。另一个问题在于，除了船只操作员外，还需要至少一名协助人员，而该协助人员通常不可得到的。

为了保护船只免受损坏，还使用了胶粘或安装在船只侧面的材料。这种简单的解决方案是将塑料或橡胶条带附接到船体最易损坏的部分。它们的作用是防止摩擦损坏。

美国专利第6.161.494号公开了可充气保险杠在船体上的使用。根据该发明，必须在船体上提供适当的开口，并且必须在该处安装可充气保险杠。其功能由适当的机械单元来确保。该解决方案不适用于已使用的船只，并且将它们纳入到新建的船只中也没有推广。该发明的缺点是保险杠必须安装在固定的高度处，这并不总是合适的。另一个问题在于，可充气保险杠容易损坏，因而不能发挥其作用。

美国专利第7.730.844号公开了在船体的顶部处固定有可旋转碰撞元件的技术方案。碰撞元件减少了船只和码头实际相遇的位置处的碰撞能量并且可以使用合适的机械机构来吸收它。该发明在船只中的使用很复杂。工厂或后期装修很昂贵。由于上述原因，该解决方案尚未在实践中推广。

为码头配备各种元件也是保护船只和码头免受损坏的一种常用方法。降低碰撞的元件的常规解决方案之一是何时将用过的轮胎固定在码头的侧面。由于这些保险杠被固定在给定的高度和位置，因此它们无法跟随水位的变化，并且未优化与船只侧面有关的碰撞点。

在现代港口中，使用用过的轮胎不是一种普遍的选择。

已知的解决方案是附接到码头的竖直柱的保险杠的使用。这些解决方案在美国专利第5.184.562、5.762.016和7.481.174号中公开。保险杠由柔性材料制成并且因此适用于吸收一部分碰撞能量。围绕轴线旋转的保险杠也减少或防止碰撞和摩擦损坏。它们具有通过自由升起或下降停泊船只来允许追踪水位的变化的优点。缺点在于，它们只可以用在码头配备了竖直柱的地方。然而，大多数码头不是那样。

专利第GB 2.415.942号中公开了一种特殊的解决方案。该发明的目的是一种V形系泊单元，所述V形系泊单元包括适合于船只前部形状的倾斜保险杠柱，在所述保险杠柱上有旋转的保险杠元件。通过船只自己的移动保险杠来减少船只的侧对侧碰撞。

US 2005/0066869专利公开了一种安装在码头上的纵向碰撞元件。该解决方案的实质在于，元件附接到码头的内部以容纳船只的系泊绳索，并且也用作保险杠。在水位合适的情况下，确实减少了碰撞和摩擦。然而，问题在于水位的变化。另一问题在于船只的尺寸和船体的形状不同，这不能通过固定的安装或设计来适应。

为了保护码头和船只，在专利第CA 2.672.456号中公开了一种可充气装置。根据该发明，充气管固定在码头的侧面上，这显著地减少了船只和码头碰撞损坏的风险。然而，该解决方案的缺点是机械需求、充气管的脆弱性以及操作任务的需求。

显然，避免船只与码头之间的碰撞和摩擦是操作和已经系泊的船只的重要要求。上面已经描述了该要求的一些技术方案。

现代系泊装置的另一重要要求是使导航到系泊更容易，并最终到达船只的最佳停泊位置。在到达之后，存在自动固定船只的额外需求。

当有人独自航行并且返回时没有任何辅助人员时，这些额外的要求尤其重要。众所周知，游乐船只的拥有者很少有丰富的操作经验。因此，对他们而言重要的是要有一个轻松航行和现代的无绳索系泊的机会。

对于本发明所属领域的技术人员来说，当船只航行入转向臂并且固定元件在此处将其抓住时这些技术方案是已知的。

例如，在WO2017/144927A1中描述了这种解决方案，所述解决方案具有转向臂不允许将船只固定在静态最佳水线附近的缺点。另一缺点在于，具有枢转的圆柱形元件的柱状固定装置的设计复杂。在航行过程中，船只上钩状捕获元件的安装和持续存在令人不安。在系泊之前和之后可能将所述钩状捕获元件去除和拆除，这降低了自动系泊操作的好处。

因此，需要一种港口设备和方法来克服上述问题。

本发明的目的是制造一种提供无绳索、自动系泊并且易于出航的系泊装置。借助这样的技术解决方案，没有经验的船只操作员可以安全地系泊船只，并且无需协助人员。

另一目的是将系泊装置连接到港口IT系统，由此支持港口管理的工作。例如，在发生暴风雨或应当局的要求必须禁止出航的情况下，需要对船只进行登记和在线租赁，或者必须在数据库中对港口数据和信息进行分类并使用。

发明内容

公开的本发明是一种从两个固定到码头的坞指单元(dock-finger units)建造的自动系泊装置。坞指单元配备有通过保持与船体持续接触来定位船只的柔性触手元件(tentacle element)，并且坞指单元也配备有用于船只的系泊的自动操作的锁定机构。

系泊装置具有包括内置可编程处理器和通信单元的控制面板，所述通信单元可以通过船只的车载通信单元或从任何地方的智能设备向操作员提供。

港口管理部门可以通过有线或无线连接访问控制面板，因此它们能够在需要时采取行动。中央服务器持续地登记与所登记的系泊装置有关的所有数据和信息。

发明优点

通过使用本发明的系泊装置，系泊过程是自动的，并且船只操作员可以在没有任何帮助的情况下对该系泊过程单独进行管理。系泊的过程可以从机舱进行控制，因此即使在不利的天气条件下也可以轻松完成系泊。

通过作用在船体上的柔性触手元件，可以提供对船只的定位并减少其振荡运动；不需要针对系泊过程的保险杠或其他防撞解决方案。

由于系泊装置的内置灯，系泊过程也可以在低能见度下进行。

因为在系泊期间没有人为干预，所以将停止与系泊有关的事故。

由于没有绳索固定船首的位置，因此港口的通航面和接收能力增加，这是本解决方案的显著操作和区域利用优点。

系泊装置的控制和通信设备连接到港口IT系统。港口长能够通过单一指令禁止从港口航行，所述单一指令可能由于恶劣天气、官方命令或任何其他原因而需要。他/她能够查看停泊或航行船只的详细信息、航行的状态和日期以及用户的数据。

另一优点在于，可以为每次系泊或船只实施在线租赁系统，该系统可以由船只所有者或港口管理者自行管理。

附图说明

图1–系泊装置的立体图

图2–坞指单元的示意图

图3–具有坞指单元的港口布置

图4–系泊装置中的系泊船只的细节

图5/A–具有弹簧的锁定机构

图5/B–捕获单元的设计

图6–锁定机构的操作原则

图7–具有气弹簧的锁定机构

图8–示出系泊船只的前视图

图9–具有两个捕获单元的船只

图10–柔性触手的设计

图11–船只进入系泊装置–阶段1

图12–船只进入系泊装置–阶段2

图13–船只进入系泊装置–阶段3

图14–系泊装置中的船只在被锁定机构之间–阶段4

图15–系泊装置中的船只在被开启机构之间–阶段5

图16–系泊装置中的系泊船只的立体图

图17–具有两个捕获单元的系泊装置中的船只

图18–系泊装置的ITC系统及其与港口IT系统连接的概况

具体实施方式

通过附图提供本发明的具体实施方式。

图1是本发明的系泊装置(10)的立体图，所述系泊装置由两个坞指单元(20)组成，所述坞指单元彼此平行地放置在水面上并且固定到码头(2)。码头(2)可以是固定式或浮动式码头。通过与码头(2)的类型匹配的安装件(26)将坞指单元(20)固定到码头(2)。坞指单元(20)通过气体储存器(24)保持在水面上方。在一个实施方式中，气体储存器(24)是高度可调的，这允许坞指单元(20)在安装期间调整到码头(2)的高度。替代地，可以使用例如由管制成的、具有闭合截面的浮动式坞指单元(20)。

当安装坞指单元(20)时，控制面板(90)放置在码头(2)上并被激活。可编程处理器(96)和通信模块(98)结合到控制面板(90)中，所述控制面板可以由授权人员从任何地方通过通信设备访问。

在码头(2)不能固定坞指单元(20)或者顾客需要独立的系泊点的情况下，系泊装置(10)连接两个坞指单元(20)。在这种情况下，形成U形系泊装置(10)，所述U形系泊装置用绳索固定在港口、私人海湾或其他位置处。

图2详细地示出了坞指单元(20)。它的主要部件是梁结构(22)和固定到所述梁结构的锁定机构(40)，以及柔性触手(80)。下面详细描述这些关键元件。

梁结构(22)是设计用于吸收系泊产生的力并用于保持船只(4)的尺寸结构。截面可以是任意截面，例如矩形或管形的截面。例如，所述梁结构可以由不锈钢、玻璃纤维增强塑料或碳纤维复合材料制成。要满足的要求是确保使用寿命和对海水影响的抵抗力。

根据船只(4)的类型和固定到船体(6)的捕获单元(70)的位置，锁定机构(40)附接到梁结构(22)。作为示例，附图示出了安装在坞指单元(20)的左侧和右侧上的锁定机构(40)的纵向位置不同，因此固定单元(50)的位置也不同。

梁结构(22)配备有柔性触手(80)，所述柔性触手用于将船只(4)引导到系泊装置(10)中并用于在停泊期间减少船只的振荡运动。在附图中，柔性触手(80)沿着梁结构(22)的长度均匀地间隔，但是可以根据船只(4)的类型和船体(6)的设计而固定在不同距离处。通过适当地分配柔性触手(80)，实现了给定船只(4)的期望运动限制。

坞指单元(20)面对开放水域的端部是圆柱形端部(32)，所述圆柱形端部在船只(4)进出系泊装置(10)时有助于使船只(4)转向。安装保险杠(30)以捕获任何碰撞。提供台阶(28)用于进入或离开船只(4)。坞指单元(20)的表面是可行走的，并且边缘覆盖有柔软覆盖物(34)。替代地，整个行走表面被覆盖。

通过示出的系列坞指单元(20)，可以实施在图3中示意性地示出的完整港口系统。停泊点P1-P4是一系列系泊装置(10)。可以通过选择坞指单元(20)之间的距离来系泊不同的船只(4)。在附图中，例如，当安装停泊点P2时，坞指单元(20)间隔“a”，同时停泊点P3间隔“b”。

根据船只(4)的尺寸和固定到船体(6)的捕获单元(70)的位置，锁定机构(40)也柔性地安装在坞指单元(20)上。有利的替代方案是可以用船尾或船首系泊和停泊船只(4)的可能性。

图4是系泊装置(10)中系泊船只(4)的详细描述。固定单元(50)固定船只(4)的位置，并且柔性触手(80)通过接触船体(6)减小了船只(4)的振荡运动。

图5/A示出锁定机构(40)的实施方式。锁定机构(40)安装在坞指单元(20)的梁结构(22)上。存在围绕“轴线A”旋转的保持臂(42)，在所述保持臂的端部处安装固定单元(50)。提供恒定力的弹簧1(44)集成到锁定机构(40)中用于将保持臂(42)转向船体(6)。为了抵消弹簧1(44)的张力并且为了提供反向旋转，安装马达单元，优选为电动马达单元(46)，并且所述马达的马达控制件(48)连接到控制面板(90)。

固定单元(50)安装到围绕水平“轴线B”旋转的保持臂(42)的端部。固定单元(50)具有由弹簧2(52)支撑的竖直待机位置。在某些情况下不必使用弹簧2(52)。

固定杆(62)夹持在头部元件(56)与底部元件(58)之间。头部元件(56)和底部元件(58)的外表面提供有用柔软覆盖物(34)覆盖的套环元件(60)。套环元件(60)可以围绕固定单元(50)的轴线C自由地旋转。

固定杆(62)的材料优选地是合适强度的钢，所述固定杆的长度在0.5米至2米的范围内，但是它的实际长度总是由船只(4)的类型确定。截面直径在10mm-50mm的范围内，实际直径配合到安装在船体(6)上的捕获单元(70)。

图5/B示出捕获单元(70)的设计。捕获单元(70)是具有至少一个楔形钩(74)的基座(72)，所述楔形钩适用于捕获固定杆(62)。当使用覆盖元件(76)时，覆盖物(76)在固定杆(62)从船体(6)卸下时向外柔性地转动，并且释放固定杆(62)以离开捕获单元(70)。

捕获单元(70)优选地由硅氧烷制成并且优选地通过胶粘固定到船体(6)。锚点的确切位置取决于船只(4)的类型、尺寸、结构和几何形状以及其他因素。因此，在胶粘到船体(6)的位置之前始终要进行仔细的计划。

图6示出锁定机构(40)的操作的示意图，在示意图上仅示出船只(4)、船体(6)、梁结构(22)、保持臂(42)、弹簧1(44)、固定杆(62)以及捕获单元(70)。

在模式A中，船只(4)进入系泊装置(10)。在距码头(2)的特定距离处，内置在锁定机构(40)中的马达(46)将保持臂(42)从通过弹簧1(44)保持的“休息”状态自动转变为“打开”状态。这样，固定单元(50)和其固定杆(62)脱离船只(4)并避免与船只或在其上放置的任何突出物体碰撞。通常将汽艇、自行车或其他可能悬挂在其正常宽度之外的设备悬挂在船只(4)上。

在模式B中，船只(4)向前移动，并且当到达预定位置时，发动机(46)自动关闭并重新施加弹簧1(44)的力。弹簧1(44)将保持臂(42)推向船体(6)，使固定单元(50)的上套环元件(60)接触船体(6)。随后，由于通过弹簧1(44)施加的额外力，固定单元(50)从其竖直位置围绕水平轴线旋转，并且其他套环元件(60)也到达船体(6)。套环元件(60)在船只(4)移动时由于船体上的张力而被迫旋转，并将固定单元(50)保持在船体(6)附近。夹持在头部元件(56)与底部元件(58)之间的固定杆(62)在“强制”位置中并且由固定到船体(6)的捕获单元(70)接近。

模式C示出当捕获单元(70)到达固定杆(62)并穿过楔形钩(74)之后时，固定船只。这是锁定机构的“锁定”状态。保持关闭状态，直到将打开命令发送到马达控制件(48)为止。当关闭时，船只(4)在两个方向上只具有限制的移动性：在水平方向上，固定杆(62)在水平间隙中具有限制的移动，所述水平间隙在捕获单元(70)中形成，并且在竖直方向上，移动限制在固定杆(62)的轴线的方向上。在系泊时船只(4)朝向坞指单元(20)的相对运动通过锁定机构(40)和柔性触手(80)一起最小化。

模式D示出了出航的情况。当打开指令发送到马达控制件(48)时，保持臂(42)旋转离开船体，导致固定杆(62)从船体(6)移开。在移开期间，捕获单元(70)也打开覆盖物(76)。这是“释放”状态，在所述“释放”状态中固定杆(62)从船体移开以释放船只(4)。

图7示出了本发明的替代解决方案，其中气弹簧(64)安装在锁定机构(40)中用于将保持臂(42)朝向船体旋转。锁定机构(40)的操作基本与上述操作相同。

图8是在系泊装置(10)中系泊的船只(4)的正视图。可以看出，固定单元(50)根据船体(6)的倾斜角旋转，并由此根据倾斜角将固定杆(62)连接到捕获单元(70)。

本发明的系泊装置(10)允许船只(4)向前或向后系泊。在这种情况下，如图9所示，固定在相反方向上的两个捕获单元(70)放置在船体(6)上。另一解决方案是为两个系泊选项设计一个捕获单元(70)。

柔性触手(80)具有各种几何形状和尺寸，在附接点处具有更厚/更坚固的截面，而在另一端处具有更薄/更脆弱的截面。图10示出了两种可能的解决方案。

类型A是具有更简化的截面并设计用于更小的应力的柔性触手(80)。所述柔性触手通过螺接固定到梁结构(22)，使得它在必要时可以被轻松替换。类型B能够吸收和衰减更大、更动态的力。由此可见，两种解决方案都是静态夹持的、灵活的操纵台。

柔性触手(80)通常沿着梁结构(22)的长度均匀地分布。分布的频率取决于船只(4)的大小、船体(6)的形状和结构、天气状况和港口的安全状况。柔性触手(80)的作用是通过触摸船体并使其在系泊和停泊期间保持在系泊装置(10)的中心轴线上的方式在船体上提供压力来确保船只(4)的位置。柔性触手(80)由于其柔性而平衡大多数的力效果并且将不平衡的力传递到静态尺寸的梁结构(22)。柔性触手的其他一般作用是抑制船只(4)的振荡运动。

柔性触手(80)由耐海水和气候材料制成，优选地由硅氧烷制成。

图11至图15示出了进入系泊装置(10)的船只(4)的自动系泊以及其出航的阶段。

图11是阶段1，当船只(4)为了系泊目的而接近码头(2)时，但是由内置在控制面板(90)中的激光测距仪(92)测量的距离D1使得锁定机构(40)未被激活，并且固定单元(50)处于“休息”状态。

图12是阶段2，当船只(4)到达距离D2并且锁定机构(40)的马达(46)开启时，并且通过旋转保持臂(42)，固定单元(50)处于“打开”状态。距离D2是在安装系泊装置(10)期间通过使其适应于特定的船只(4)而在控制面板(90)中预先编程的。

图13是阶段3，当船只(4)到达预定且编程的距离D3时，马达(46)关断并且固定单元(50)进入“强制”状态。安装在固定单元(50)上的套环元件(60)随后接触船体(6)并且随着船只(4)进一步向后移动而在此处旋转。

图14是阶段4，当船只(4)固定时，固定单元处于“锁定”状态。这是通过安装在固定单元(50)中的固定杆(62)经过安装在向后移动的船只(4)上的捕获单元(70)中的楔形钩(74)进行的，然后将所述固定杆卡在此处从而停止船只(4)。

图15是阶段5，当船只(4)从系泊装置(10)出航时。在这种情况下，固定单元处于“打开”状态。这不是自动操作的结果，而是操作员直接行动的结果。在操作员打算下船的情况下，通过通信面板(96)命令马达控制件(48)启动马达(46)。保持臂(42)旋转并且固定单元(50)旋转到所述的“打开”位置。

船只(4)自由地出航并且当距码头(6)的距离是D2时，固定单元自动地返回“休息”位置。该操作预编程在控制面板(90)中。

图16是设置在船尾并系泊在系泊装置(10)中的船只(4)的立体图。图17示出打算用船头系泊的船只(4)，在所述船头上标记了两个安装的捕获单元(70)。

图18是系泊装置(10)的信息和通信系统的概况。

系泊装置(10)配备有与港口IT系统(100)连接的最先进信息和通信工具。

内置在控制面板(90)中的可编程处理器(96)与马达控制件(48)、激光测距仪(92)和照相机(94)直接接触。可编程处理器也与通信模块(98)连接。

通信模块(98)有线或无线地连接到港口IT系统(100)的中央服务器(110)。这样，锁定机构(40)的实际位置、休息、打开、锁定和强制事件在IT系统(100)中可见，并连续记录在其数据库(112)中。

另外，诸如系泊装置(10)的承租人的数据、船只(4)的所有者的身份等的所有相关数据和信息提供并存储在中央服务器(110)的数据库(112)中。存储的数据提供港口管理记录，并极大地促进港口运营。合格的用户可以通过网络从诸如笔记本(116)、PC(114)或手机(108)的外部智能设备访问数据。

港口管理部门有机会禁止与港口IT系统(100)连接的系泊装置(10)的开启。这类情况包括暴风雨来临、当局下达的命令或保护港口交通。

船只(4)的所有者或承租人或可以直接对系泊装置(10)进行操作的另一授权人员可以在线访问通信模块(98)。可以使用远程控件(104)、平板电脑(106)或手机(108)从船只(4)的机载控制件(102)直接进行访问。

在本说明书中描述的技术方案是本发明的可能实施方式，其决不将权利要求仅限于该解决方案。

Claims (10)

1.一种用于系泊船只(4)的系泊装置(10)，所述系泊装置配备有坞指单元(20)，所述坞指单元固定到码头(2)并且浮在水上，所述坞指单元安装有在系泊和随后停泊期间捕获并固定所述船只(4)的自动锁定机构(40)，其特征在于，所述自动锁定机构(40)连接到固定到船体(6)的捕获单元(70)，并且固定到所述坞指单元(20)的柔性触手(80)接触所述船体(6)以用于在系泊(20)期间在所述坞指单元之间引导所述船只(4)并在停泊的情况下减少所述船只在停泊点处的运动。

2.根据权利要求1所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述自动锁定机构(40)固定到所述坞指单元(20)的梁结构(22)并且具有枢转保持臂(42)，所述枢转保持臂的端部处具有固定单元(50)；为了在所述船体(6)的方向上旋转所述保持臂(42)，所述锁定机构(40)配备有：提供恒定力的机械元件，优选为弹簧(44)或气弹簧(64)；以及确保在相反方向上的旋转的马达(46)，优选为电动马达，并且所述马达的马达控制件(48)连接到控制面板(90)。

3.根据权利要求2所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述固定单元(50)通过围绕水平轴线枢转来固定到所述保持臂(42)的端部，并且固定杆(62)夹持在头部元件(56)与底部元件(58)之间，并且所述头部元件(56)和所述底部元件(58)的外表面覆盖有柔软覆盖物(34)套环元件(60)，所述套环元件能够围绕所述固定单元(50)的轴线自由地旋转。

4.根据权利要求3所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述固定杆(62)由0.5米-2米长的钢制成，实际长度总是由所讨论的所述船只(4)的类型确定，所述固定杆的截面直径在10毫米-50毫米的范围内，所述固定杆的实际直径与固定到所述船体(6)的所述捕获单元(70)配合。

5.根据权利要求3所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述捕获单元(70)具有至少一个楔形钩(74)，所述至少一个楔形钩用于在基座(72)上紧固所述固定杆(62)。

6.根据权利要求5所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述捕获单元(70)由硅氧烷制成。

7.根据权利要求5所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述捕获单元(70)通过胶粘固定到所述船体(6)。

8.根据权利要求2所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述控制面板(90)固定到所述码头(2)并配备有激光测距仪(92)、照相机(94)、可编程处理器(96)和通信模块(98)。

9.根据权利要求1所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述柔性触手(80)固定到所述坞指单元(20)的梁结构(22)，所述梁结构是长20cm-90cm的、由柔性材料制成的操纵台。

10.根据权利要求9所述的系泊装置(10)，其特征在于，所述柔性触手(80)由耐环境影响的材料制成，优选地由硅氧烷制成。

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