устройство для перемещения грузов, преимущественно за пределами находящегося на орбите космического корабля

Формула изобретения

Устройство для перемещения грузов, преимущественно за пределами находящегося на орбите космического корабля, содержащее установочный замок, поворотную площадку с осью вращения, перпендикулярной установочной поверхности, телескопическую балку, подвижно прикрепленную к поворотной площадке, механизмы разворотов и удлинения балки, узлы крепления оператора, механизм крепления грузов, подвижно установленный на конце балки, отличающееся тем, что установочный замок выполнен в виде ручного рычажного механизма, механизмы разворотов телескопической балки выполнены в виде узлов ручного управления и размещены на поворотной площадке в зоне, доступной рукам оператора, механизм удлинения телескопической балки выполнен в виде системы тросов, размещенных внутри балки, узлы крепления оператора расположены по другую сторону от узла крепления груза относительно оси вращения поворотной площадки, на поворотной площадке и, по крайней мере, первом неподвижном звене балки размещены поручни, на звеньях балки установлен раскладывающийся леер, закрепленный на каждом звене балки, на балке с возможностью свободного перемещения вдоль всех звеньев балки установлено страховочно-транспортировочное кольцо оперативного перемещения оператора, внутренний диаметр которого свободно охватывает максимальный диаметр звеньев балки, а на наружной поверхности кольца размещены замки крепления оператора и дополнительного груза, при этом на оконечном звене балки установлены ограничители перемещения страховочно-транспортировочного кольца оперативного перемещения оператора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к космической технике, а именно к средствам обеспечения внекорабельной деятельности оператора.

Известна сборка штанги с механизмом развертывания [1], содержащая развертываемую и убираемую штангу с фиксированным концом для жесткого крепления на поверхности опорной конструкции и свободным концом, который перемещается относительно фиксированного конца, по крайней мере, три троса, каждый из которых одним концом соединен со свободным концом штанги, средство развертывания, включающее три барабана, прикрепленные ко второму концу каждого троса для избирательного развертывания и втягивания штанги, вспомогательные средства развертывания, исполнительные органы, включая три шаговых электромотора, привод каждого электромотора соединен с одним из тросовых барабанов, датчики для контроля положения свободного конца штанги.

Однако указанная сборка штанги осуществляет только операцию перемещения груза вдоль оси штанги. Она является автоматическим устройством и требует для осуществления операций развертывания и складывания штанги потребления электрической энергии космического корабля. Необходим механизм осуществления электрических соединений с системами управления электропитания космического корабля. Не предусмотрены механизмы разворота полезного груза относительно корпуса космического корабля. Тросовая система расположена на наружных элементах конструкции, что увеличивает вероятность нарушения ее целостности и работоспособности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является приспособление для перемещения грузов за пределами космического корабля [2], содержащее установочный замок, поворотную площадку с осью вращения перпендикулярной установочной поверхности, телескопическую балку, подвижно прикрепленную к поворотной площадке, механизмы разворотов и удлинения балки, узел крепления оператора, механизм крепления грузов в виде зажимного устройства для грузов, подвижно установленное на конце балки.

Однако на поворотной площадке отсутствуют страховочные средства удержания и фиксации оператора до его надежного крепления за узлы, расположенные на вертикальной штанге поворотной площадки и спине скафандра. На телескопической балке отсутствуют средства удержания и фиксации оператора, необходимые при его перемещении вдоль балки к месту нахождения груза для выполнения такелажных работ. Отсутствие страховочных средств опасно для жизни и деятельности оператора, может привести к несанкционированному отделению его от приспособления и орбитального корабля в целом, либо к невыполнению операций крепления и снятия груза без привлечения страховочно-транспортировочных устройств на корпусе орбитального корабля или скафандре оператора. Необходимость введения дополнительных поручней в зонах работы приспособления увеличивает вес корабля и ограничивает количество мест на корпусе космического корабля для установки устройства. Применение "космического мотоцикла" значительно увеличивает вес, сложность стоимость конструкций, выводимых на орбиту.

Техническим результатом данного изобретения является обеспечение безопасности оператора при установке устройства на корпус, например, космического корабля, и при осуществлении операций переноса и закрепления груза.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для перемещения грузов, преимущественно за пределами находящегося на орбите космического корабля, содержащем установочный замок, поворотную площадку с осью вращения, перпендикулярной установочной плоскости, телескопическую балку, подвижно прикрепленную к поворотной площадке, механизмы разворотов и удлинения балки, узлы крепления оператора, механизм крепления грузов, подвижно установленный на конце балки, в отличие от прототипа установочный замок выполнен в виде ручного рычажного механизма, механизмы разворотов телескопической балки выполнены в виде узлов ручного управления и размещены на поворотной площадке в зоне, доступной рукам оператора, механизм удлинения звеньев телескопической балки выполнены в виде системы тросов, размещенных внутри балки, узлы крепления оператора расположены по другую сторону относительно оси вращения поворотной площадки от узла крепления груза, на поворотной площадке и, по крайней мере, первом неподвижном звене балки размещены поручни, на звеньях балки установлен раскладывающийся леер, закрепленный на каждом звене балки, на балке с возможностью свободного перемещения вдоль всех звеньев балки установлено страховочно-транспортировочное кольцо оперативного перемещения оператора, внутренний диаметр которого свободно охватывает максимальный диаметр звеньев балки, а на наружной поверхности кольца размещены замки крепления оператора и дополнительного груза, на оконечном звене балки установлены ограничители перемещения страховочно-транспортировочного кольца оперативного перемещения оператора.

Реализацию устройства для перемещения грузов рассмотрим на примере конструкции, представленной на фиг. 1 - 8.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 - узел крепления оператора; на фиг. 3 - схема тросовой системы удлинения балки; на фиг. 4 - схема привода выдвижения звеньев балки; на фиг. 5 - схема установочного замка; на фиг. 6, 7 - механизм крепления грузов; на фиг. 8 - конструкция кольца оперативного перемещения оператора.

Устройство содержит неподвижную опору 1, на которой закреплен установочный замок 2, закрепляющий устройство на месте эксплуатации, например, на внешней поверхности корпуса орбитального корабля. На неподвижной опоре 1 соосно оси 3, перпендикулярной установочной поверхности (т.е. перпендикулярной плоскости, проходящей через касательные к данной поверхности, если она криволинейна), на подшипниках 4 установлена поворотная площадка 5. На ней размещены два узла крепления оператора, каждый из которых содержит ограничитель движения пятки оператора 6, стойку 7, подвижную относительно стоек 7 скобу крепления носка обуви оператора 8 и замок крепления скобы, содержащий стойку 9, зажим 10, пружину 11 и винт 12. На поворотной площадке 5 на оси 13, перпендикулярной оси 3, подвижно установлена телескопическая балка 14, а также рукоятка 15 разворота площадки 5 вокруг оси 3, снабженная шестеренчатым понижающим редуктором поворота 16, и рукоятка 17 разворота телескопической балки вокруг оси 13, снабженная шестеренчатым понижающим редуктором 18. Входная шестерня редуктора 16 неподвижно закреплена на рукоятке 15 соосно с ней, выходная шестерня размещена на оси 3 неподвижной опоры 1. Входная шестерня редуктора 18 неподвижно закреплена на рукоятке 17 соосно с ней, выходная шестерня - на узле выдвижения 19 соосно оси 13. Телескопическая балка 14 содержит неподвижное звено 20 с закрепленным на ней узлом выдвижения звеньев 19 телескопической балки 14, подвижные звенья, например, 21, 22, 23, 24, роликовые опоры, например, 25, 26, 27, 28, размещенные на дальних от узла выдвижения 19 концах звеньев 20, 21, 22, 23, 24 телескопической балки 14, узлы крепления тросов, например, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, размещенные на ближних от узла выдвижения 19 концах звеньев 20, 21, 22, 23, 24 телескопической балки 14, а также систему тросов. Система тросов, например, содержит трос 36, одним концом закрепленный на барабане 37 узла выдвижения 19, переброшенный через ролик 25, и вторым концом закрепленный за узел крепления 30; трос 38, одним концом закрепленный за узел крепления 29, переброшенный через ролик 26, и вторым концом закрепленный за узел крепления 32; трос 39, одним концом закрепленный за узел крепления 31, переброшенный через ролик 27, и вторым концом закрепленный за узел крепления 34; трос 40, одним концом закрепленный за узел крепления 33, переброшенный через ролик 28, и другим концом закрепленный за узел крепления 35; тросы выдвижения последующих звеньев, закрепленные аналогично торсу 40; трос складывания 41, одним концом через пружинный компенсатор 42 натяжения троса, соединенный со звеном 24 телескопической балки 14, а другим концом закрепленный на барабане складывания 43. Привод узла выдвижения 19 закреплен на поворотной площадке 5 и неподвижном звене 20 телескопической балки 14 и содержит рукоятку 44, неподвижно закрепленную на оси 45, барабан 37, неподвижно закрепленный на оси 45, с закрепленным на его внешней поверхности одним концом троса 36, шестеренчатый редуктор 46 синхронизации натяжения тросов 36, 41, соединяющий оси барабанов 37, 43, барабан 43, неподвижно закрепленный на оси 47, с закрепленным на его внешней поверхности коном троса 41. Ось вращения 3 поворотной площадки 5 расположена между узлами крепления оператора и телескопической балкой. Установочный замок 2 содержит систему поворотных рычагов 48, соединенных подвижно планками 49 с поворотной рукояткой 50. На дальнем конце телескопической балки 14 подвижно закреплен механизм крепления грузов 51 с рукояткой фиксации положения груза 52. Механизм крепления грузов содержит корпус 53, подвижно установленный на нем на подшипниках 54 запорный диск 55 с рукояткой 56, сухари в виде постоянных магнитов 57 и механические затворы 58 с торцевыми концами, входящими в косые пазы запорного диска 55. Рукоятка 56 фиксируется подпружиненным роликом 59 в положениях рукоятки "открыто" и "закрыто" путем западания ролика в соответствующие вырезы на корпусе 53. На поворотной площадке 5 и звене 20 телескопической балки 14 установлены поручни, например, 60, 61, 62, 63. Поручни предпочтительно установлены друг от друга на расстояниях, допускающих перехват руками оператора в положении, когда одна рука оператора держится за один поручень, а другая - за другой. В рассматриваемом примере, наряду с установкой на поворотной площадке 5, предлагается установить поручни только на первом звене балки. Возможна установка поручней и на последующих звеньях балки. На ближнем конце звена 20 телескопической балки 14 одним концом закреплен леер 64, вторым концом закрепленный на дальнем конце звена 20. На дальнем конце звена 20 и на дальних концах выдвижных звеньев телескопической балки 14 закреплен гибкий леер 65, образующий петли. Длина каждой петли леера 65 соответствует максимальному выдвижению соответствующего звена балки 14. На телескопической балке 14 с возможностью свободного перемещения вдоль всех полностью раздвинутых звеньев балки размещено страховочно-транспортировочное кольцо 66. Внутренний диаметр кольца 66 охватывает с зазором максимальный внешний диаметр балки 14 с выступающими за внешний диаметр элементами конструкции. На наружной поверхности кольца 66 размещены поручни 67 и замки крепления оператора 68, например, пара винт-гайка. На последнем звене телескопической балки 14, несущем механизм крепления грузов, установлен ограничитель перемещений стаховочно-транспортировочного кольца 69. Ограничитель перемещения 69 выполнен, например, в виде системы стержней, перпендикулярных продольной оси балки 14. Максимальный сопряженный диаметр размаха стержней больше внутреннего диаметра страховочно-транспортировочного кольца 66.

Устройство работает следующим образом. Перед установкой устройства на место эксплуатации установочный замок находится в положение "открыто", при этом поворотные рычаги утоплены внутрь корпуса замка. После установки на приемную поверхность рабочего места, имеющего неподвижные заплечики, рукоятка 50 замка 2 переводится в положение "закрыто", при этом рычаги 48 через систему планок 49 за счет смещения их осей вращения от оси замка выводятся за пределы корпуса замка, осуществляя захват за заплечики рабочего места и крепление всего устройства. При снятии устройства проводятся операции в обратном порядке. После установки устройства оператор закрепляется на поворотной площадке на узлах крепления оператора с упором пяткой в ограничитель движения пятки 6 и последующим закреплением носка обуви скобой 8 и замком крепления носка посредством установки зажима 10 на скобу 8 и закреплением скобы винтом 12. При вывинчивании винта 12 из стойки 9 пружина 11 приподнимает зажим 10, освобождая скобу 8 и ногу оператора. Вращая рукоятку 15 посредством понижающего редуктора 16, оператор производит замедленный разворот вокруг оси 3 поворотной площадки 5 с закрепленной на ней телескопической балкой 14. При этом оператор остается в положении "лицом к грузу". Вращая рукоятку 17 через понижающий редуктор 18, оператор выполняет замедленный подъем или опускание телескопической балки вокруг оси 13. Для выполнения выдвижения предварительно сложенных выдвижных звеньев телескопической балки вращением рукоятки 44 приводится во вращение барабан 37. При этом на барабан наматывается закрепленный одним концом на его внешней поверхности трос 36. Трос 36 через ролик 25, закрепленный на дальнем конце неподвижного звена 20 и неподвижно закрепленный вторым концом на ближним конце 30 первого подвижного звена 21, выдвигает первое подвижное звено 21 вместе с роликом 26, что, в свою очередь, позволяет тросом 38, имеющим один конец, закрепленный за узел крепления 29 на ближнем конце неподвижного звена 20 телескопической балки, а другой - на ближнем конце 32 второго подвижного звена 22, одновременно приводить к выдвижению второго подвижного звена из первого подвижного звена вместе с роликом 27, и приводить, в тоже время, к равному выдвижению третьего подвижного звена 23 посредством троса 39, закрепленного на ближнем конце 31 первого подвижного звена 21, переброшенного через ролик 27 и вторым концом закрепленного на ближнем конце 34 третьего подвижного звена 23, вместе с роликом 28, закрепленным на дальнем конце третьего подвижного звена 23. Одновременно тросом 40, закрепленным на ближнем конце 33 второго подвижного звена 22 и другим концом на ближнем конце 35 четвертого подвижного звена 24, через ролик 28 четвертое подвижное звено 24 выдвигается на равное расстояние. По аналогии крепятся тросы последующих звеньев телескопической балки, что приводит к одновременному выдвижению всех подвижных звеньев телескопической балки на равные расстояния. Благодаря такой схеме выдвижения оператор по степени выдвижения первого звена телескопической балки способен оценить общее удлинение всей телескопической балки. При этом с наматыванием троса 36 на барабан 37 синхронно производится сматывание троса 41 с барабана 43 посредством редуктора 46, обеспечивающего соответствие линейных скоростей выдвижения телескопической балки и удлинения свободного конца троса 41, например, при четырех выдвигаемых звеньях линейная скорость троса 41 должна быть в четыре раза выше линейной скорости троса 36. Пружинный компенсатор натяжения троса 42 способствует равномерному движению троса без рывков, сохраняя первоначальное натяжение троса на время эксплуатации. При обратном вращении рукоятки 45 трос 41 наматывается на барабан 43. Трос 41 втягивает последнее звено 24 телескопической балки 14, и система тросов выдвижения осуществляет обратный перекат тросов 36, 38, 39, 40, производя равномерное одновременное складывание всех звеньев телескопической балки.

Механизм крепления грузов 51 подвижно закреплен на последнем звене телескопической балки 14 и создает с рукояткой фиксации положения груза 52 винтовую пару, что позволяет закрепить механизм крепления грузов 51 под необходимым углом к телескопической балке 14. Груз, устанавливаемый на механизм крепления груза должен содержать стальную магнитопроводящую сферу, сопрягаемую с внутренней сферой замка 51. Перед установкой груза рукоятка 56 отведена в положение "открыто", при этом косые пазы на запорном диске 55, взаимодействуя с торцевыми пальцами механических затворов 58, разводят затворы за пределы сферы полезного груза. При введении сферы груза внутрь замка намагниченные сухари 57 охватывают сферу груза, осуществляя его предварительный захват. В этом случае при установке груза в условиях орбитальной невесомости не требуется постоянных усилий удержания оператора-такелажника до окончательного закрепления груза. Окончательное закрепление груза осуществляется путем поворота рукоятки 56 в положение "закрыто". В этом случае механические затворы 58 под воздействием торцевых пальцев надежно дополнительно охватывают установочную сферу груза, поджимая груз к внутренней сферической поверхности корпуса 53. Для освобождения груза рукоятка 56 переводится в положение "открыто" и груз сдергивается вручную с определенным незначительным усилием с сухарей 57 и освобождается от механизма крепления груза. При наличии фиксации рукояток 15, 17, 44, 52, 56 работы могут производиться одним или двумя операторами.

Поручни, например, 60, 61, 62, 63 выполнены в виде колец, установленных на стойках на поворотной площадке 5 и неподвижном звене 20 балки 14. Перед фиксацией ног оператора узлами крепления оператор одним из фалов, закрепленных на скафандре, карабином фала крепится за поручень 60, что исключает возможность несанкционированного "отлета" оператора от устройства перемещения грузов до надежного закрепления ног. После закрепления ног оператора на узлах крепления поручень 60 играет роль дублирующей системы закрепления оператора, повышая его безопасность. При необходимости перемещения оператора вдоль телескопической балки 14 за счет установки поручней 60, 61, 62, 63 на расстоянии безопасного перехвата оператор имеет возможность поочередного закрепления на поручнях карабинами одного из фалов, закрепленных на скафандре, не теряя при этом механической связи с устройством перемещения грузов. Фал 64 в этом случае играет роль дублирующей системы фиксации оператора, а также опоры, допускающей "подтягивание" оператора для осуществления движения вдоль балки 14. Для безопасного мобильного перемещения оператора-такелажника и дополнительного груза вдоль звеньев телескопической балки 14 к механизму крепления груза 51 на балке с возможностью свободного перемещения вдоль балки установлено страховочно-траспортировочное кольцо 66. Ввиду наличия зазора между максимальным диаметром звеньев балки и внутренним диаметром кольца в условиях невесомости орбитального полета кольцо 66 при приложении усилий оператора свободно перемещает оператора, закрепившегося на нем, и необходимый дополнительный груз от одного конца балки к другому. Замки 68, размещенные на внешнем профиле кольца 66, а также поручни 67 обеспечивают средства для закрепления оператора и дополнительного груза во время их перемещения вдоль балки. Гибкий леер 65 раскладывается при удлинении балки до необходимого размера и собирается в петли при обратном движении звеньев балки. Он служит дублирующим средством для осуществления крепления оператора на балке, а также средством для осуществления движения оператора вдоль балки путем подтягивания на руках за леер 65. Стержни ограничителя перемещения страховочного кольца 69, расположены перпендикулярно продольной оси балки 14. Ввиду того, что внешние габариты стержней больше внутреннего диаметра кольца 66, оно не имеет возможности соскочить при движении вдоль балки с внешнего конца балки, предохраняя оператора от случайного отделения от балки. Кольцо 66 служит, при необходимости, средством транспортироз