устройство для стабилизации вращения груза

Формула изобретения

1. Устройство для стабилизации вращения груза, содержащее грузонесущий вал с шарнирным узлом подвески и фиксатором вращения, строповочные приспособления с канатами и демпфер крутильных и вертикальных колебаний, отличающееся тем, что демпфер размещен между грузонесущим валом и шарнирным узлом подвески и выполнен в виде полого корпуса с крышкой, вертикального выходного вала с буртом и размещенного между крышкой и буртом вала упругого элемента, причем корпус соединен с грузонесущим валом, а нижний конец выходного вала соединен с шарнирным узлом подвески, кроме того, упругий элемент выполнен в виде полого цилиндра из эластомерного материала, при этом радиальный зазор ( ₁) между наружной поверхностью упругого элемента и корпусом демпфера и радиальный зазор между внутренней поверхностью упругого элемента и выходным валом ( ₂) выбраны из условий

где F - вертикальная нагрузка на выходной вал демпфера, зависящая от массы груза, Н;

- коэффициент Пуассона для материала упругого элемента (для резины =0,5);

d₁ - наружный диаметр упругого элемента, мм;

d₂ - внутренний диаметр упругого элемента, мм;

- коэффициент, равный отношению внутреннего диаметра упругого элемента к его наружному диаметру ( =d₂/d₁);

- коэффициент запаса зазора;

Е - модуль упругости при сжатии для материала упругого элемента, МПа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругий элемент в качестве эластомерного материала содержит резину.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к грузоподъемной технике, применяемой при выполнении строительно-монтажных работ, и может быть использовано для точной установки груза в проектное положение как наземными грузоподъемными устройствами, так и летательными аппаратами, в частности вертолетом.

Известна система внешней подвески груза, содержащая привод, установленный в фюзеляже вертолета, с вертикальным грузонесущим валом, к которому шарнирно присоединяется балансир со строповочными приспособлениями. Вращение от вертикального грузонесущего вала передается непосредственно балансиру, а от него, с помощью канатных стропов и распорной балки, грузу (см. патент РФ №2088482, 6 В 64 D 9/00).

Однако такое устройство обладает существенным недостатком: в его конструкции отсутствует предохранитель от перегрузок, поэтому возникающий при пуске и торможении привода динамический крутящий момент может превысить допускаемое значение и вызвать поломку элементов привода,

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является устройство для стабилизации вращения груза, содержащее грузонесущий вал с шарнирным узлом подвески и фиксатором вращения, канатные строповочные приспособления и демпфер крутильных колебаний, выполненный в виде полой распорной балки, на концах которой установлены ползуны со средствами крепления к канатным стропам, а в полости распорной балки помещен гаситель колебаний ползунов (патент РФ №2087411, 6 В 66 F 11/00). Устройство просто по конструкции, имеет небольшую массу и, как показал опыт его эксплуатации, достаточно хорошо обеспечивает гашение вертикальных колебаний, возникающих при работе, и может применяться как в наземной, так и в авиационной технике. Однако известное устройство не обеспечивает гашение крутильных колебаний и не предохраняет элементы устройства от перегрузок, возникающих при пуске и торможении привода груза.

Задачей настоящего изобретения является предохранение элементов привода от перегрузок при его пуске и торможении, а также уменьшение динамических нагрузок, возникающих вследствие как крутильных, так и вертикальных колебаний груза на внешней подвеске.

Поставленная задача решается предложенным устройством для стабилизации вращения груза, содержащим грузонесущий вал с шарнирным узлом подвески и фиксатором вращения, строповочные прспособления с канатами и демпфер крутильных и вертикальных колебаний, в котором демпфер размещен между грузонесущим валом и шарнирным узлом подвески. Демпфер выполнен в виде полого корпуса с крышкой, вертикального выходного вала с буртом и размещенного между крышкой и буртом вала упругого элемента, причем корпус соединен с грузонесущим валом, а нижний конец выходного вала соединен с шарнирным узлом подвески. Упругий элемент выполнен в виде полого цилиндра из эластомерного материала, при этом радиальный зазор между наружной поверхностью упругого элемента и корпусом демпфера и радиальный зазор между внутренней поверхностью упругого элемента и выходным валом выбраны из условий

где ₁ - радиальный зазор между наружной поверхностью упругого элемента и корпусом демпфера;

₂ - радиальный зазор между внутренней поверхностью упругого элемента и выходным валом;

F - вертикальная нагрузка на выходной вал демпфера, зависящая от массы груза, Н;

- коэффициент Пуассона для материала упругого элемента (для резины =0,5);

d₁ - наружный диаметр упругого элемента, мм;

d₂ - внутренний диаметр упругого элемента, мм;

- коэффициент, равный отношению внутреннего диаметра упругого элемента к его наружному диаметру ( =d₂/d₁);

- коэффициент запаса зазора ( =1,2...1,5);

Е - модуль упругости при сжатии для материала упругого элемента, МПа.

Упругий элемент в качестве эластомерного материала может содержать резину.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 показана общая схема устройства; на фиг.2 - вариант демпфера колебаний с упругим элементом.

Устройство для стабилизации вращения груза содержит грузонесущий вал 1, размещенный на грузоподъемном средстве, в частности на вертолете 2. Верхний конец грузонесущего вала, размещенный внутри вертолета, оснащен фиксатором 3, например тормозом или другим управляемым средством, фиксирующим вал и препятствующим его вращению на необходимых этапах работы. Грузонесущий вал 1 может быть оснащен приводом (на фиг.1 не показан), обеспечивающим поворот груза на требуемый угол при выполнении монтажных работ. К нижнему концу вала 1 при помощи шарнирного узла 4 (например, кардана) присоединен корпус демпфера колебаний 5. К хвостовику выходного вала 6 демпфера шарнирно прикреплен балансир 7. К последнему прикреплены строповочные приспособления, состоящие, например, из канатных стропов 8 и грузозахватных крюков 9 для подцепки груза 10.

Демпфер состоит из корпуса 5 с крышкой 11, вертикального выходного вала 6, который своим буртом 12 опирается на упругий элемент 13, выполненный из эластомерного материала с большим коэффициентом внешнего и внутреннего трения (например, из резины). Нижний конец упругого элемента приклеивается (или привулканизируется) к крышке 11. Верхняя часть корпуса демпфера снабжена серьгой с отверстием для шарнирного присоединения с помощью пальца 14 к концу грузонесущего вала 1 привода. Хвостовик вала 6 демпфера имеет отверстие и также с помощью пальца 15 шарнирно присоединяется к балансиру 7 внешней подвески вертолета. Для предотвращения самоотвинчивания крышки 11 предусматриваются стопорные винты 16, а для предотвращения попадания пыли и грязи внутрь корпуса 5 предусматривается войлочное уплотнение 17.

Устройство работает следующим образом. При работе привода вращательное движение от грузонесущего вала 1 привода передается выходному валу 6 демпфера колебаний и от него балансиру 7 внешней подвески вертолета за счет сил трения, возникающих на поверхности контакта бурта 12 с упругим элементом 13. Силовое замыкание поверхностей трения осуществляется силой тяжести монтируемого груза.

Номинальный крутящий момент, который способен передать демпфер колебаний, определяется максимальной грузоподъемностью, коэффициентом трения материала упругого элемента по стальному бурту 12 выходного вала 6, средним диаметром поверхностей трения.

Фактический крутящий момент, возникающий вследствие крутильных колебаний при работе, согласно проведенным исследованиям зависит от момента инерции груза, коэффициента крутильной жесткости внешней подвески, номинальной угловой скорости вращения выходного вала привода.

При монтаже грузов с большим моментом инерции или при недопустимо большом начальном угле «закрутки» груза относительно траверсы при отрыве груза от земли динамический момент, возникающий вследствие крутильных колебаний груза на гибкой подвеске, может значительно превышать предельный момент, на который рассчитан демпфер колебаний. В этом случае происходит проскальзывание выходного вала 6 демпфера колебаний относительно упругого элемента 13 (фиг.2). При этом перегрузка элементов привода исключается, что, безусловно, способствует повышению надежности устройства, а крутильные колебания груза интенсивно затухают.

Для интенсивного затухания как крутильных, так и вертикальных колебаний груза на гибкой подвеске САО упругий элемент демпфера должен обладать высокой крутильной и осевой податливостью. Условием эффективной работы упругого элемента, при котором обеспечивается его высокая крутильная и осевая податливость, является наличие необходимых радиальных зазоров d₁ и d₂ между упругим элементом 13 и соответственно корпусом 5 и выходным валом 6 демпфера колебаний (фиг.2).

Например, при силе тяжести груза F=50 кН, наружном диаметре упругого элемента d₁=185 мм, упругом элементе из резины с коэффициентом Пуассона =0,5 и модулем упругости при сжатии Е=МПа, коэффициенте =0,259 и коэффициенте запаса зазора =1,3 необходимые радиальные зазоры составляют

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить необходимую радиальную и осевую податливость демпфера за счет правильного назначения величины радиальных зазоров ₁ и ₂, а также обеспечить интенсивное затухание колебаний при работе САО и предохранение элементов САО от поломок за счет проскальзывания выходного вала демпфера колебаний относительно упругого элемента при перегрузках. Таким образом, предлагаемое устройство уменьшает динамические нагрузки, позволяет стабилизировать груз от вращения при крутильных колебаниях, в результате чего обеспечивается сокращение времени при наведении груза на проектные отметки при монтаже оборудования вертолетом, повышается точность монтажа, повышается надежность элементов привода и канатной подвески груза.