ОГРАНИЧИТЕЛЬ СКОРОСТИ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
RELATIVE SPEED LIMITER

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к космической технике.
В стыковочном механизме, описанном в патенте РФ2657623, заданная сила действия пружин штанг ограничена снизу силой срабатывания защелок стыковочного кольца и является настолько большой, что при реализации выдвижения кольца для улучшения условий сцепки оно имеет слишком большую скорость и поэтому при взаимодействии интерфейсов достигаются недопустимые ударные нагрузки. Это делает актуальным применение ограничителя скорости для уменьшения скорости выдвижения кольца. Но при этом оно должно закончиться за достаточно короткий промежуток времени, при котором неконтролируемое положение активного корабля относительно пассивного изменится не слишком сильно, поэтому приведенная масса тормоза должна быть не больше заданной для снижения времени разгона кольца.
Замедление кольца в периферийном стыковочном механизме осуществляется установкой ограничителя скорости на барабан намотки тросов.
При поглощении энергии движения корабля наблюдается просадка кольца и ослабление тросов, поэтому при доработке описанного в патенте стыковочного механизма в устройство стягивания в дальнейшем была введены кулачковые шайбы и пружина подмотки тросов, которая обеспечивает постоянное натяжение тросов заданной силой. Ограничитель скорости не должен противодействовать силе пружины подмотки тросов при их подмотке, поэтому его свойством должно являться одностороннее действие.
Известен ограничитель скорости вращения в виде электромагнитного тормоза (ЭМТ), описанного в книге B.C. Сыромятников. Стыковочные устройства космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1984. - 216 с. (аналог). Он представляет собой электрическую машину, в кольцевом зазоре статора которой, образованного постоянными магнитами, вращается полый ротор. ЭМТ предназначен для поглощения большого объема энергии, выделяющегося при стыковке активного КА и поэтому имеет сравнительно большую массу.
При выдвижении кольца не выделяется значительный объем энергии, поэтому энергоемкость ЭМТ является избыточной и необоснованно увеличивает массу конструкции. Недостатком конструкции ограничителя скорости в виде ЭМТ является высокая масса электрической машины и всей схемы тормоза. Кроме того недостатком является сопротивление ограничителя скорости в виде электромагнитного тормоза при вращении входного вала в обратном направлении.
Известен ограничитель скорости относительного движения, описанный в книге А.Ф. Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - 560 с. (прототип).
Ограничитель скорости относительного движения, содержит шестерню и зацепляющуюся с ней рейку, вал, связанный с шестерней, колодки, установленные на валу и имеющие возможность перемещаться в радиальном направлении, тормозной барабан, к которому могут прижиматься колодки, винт, выполненный на тормозном барабане, гайку, имеющую возможность поступательного перемещения вдоль неподвижной оси ограничителя скорости относительного движения, связанную с ней пружину, диск, неподвижный относительно вала, и диск рабочего тормоза, имеющий возможность перемещаться только вдоль неподвижной оси ограничителя скорости относительного движения и который расположен между пружиной и диском, а также основание.
Недостатком прототипа является возможность зацепления тросов за элементы конструкции стыковочного механизма. Это возможно из-за того, что даже несмотря на наличие пружины подмотки тросов при резкой остановке кольца из-за его взаимодействия с пассивным интерфейсом вращающиеся колодки продолжат увлекать барабан намотки тросов в сторону удлинения тросов с возможным образованием петли. Для парирования данной ситуации в конструкции ограничителя скорости относительного движения должна применяться обгонная муфта. Кроме того, недостатком является невозможность выполнения выдвижения кольца в переднее положение при возможном заклинивании усилителя торможения в виде винта и, как следствие, ухудшение условий сцепки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение скорости выдвижения кольца.
Технический результат достигается тем, что в ограничитель скорости относительного движения, содержащий шестерню, связанный с ней вал, колодки, тормозной барабан, основание, в отличие от известного введены обгонная муфта, связанная с шестерней, повышающий обороты редуктор, связанный с обгонной муфтой, а также введен барабан намотки тросов с зубчатым венцом, с которым связана шестерня, подшипники, на которых в основание установлен барабан намотки тросов с зубчатым венцом с возможностью его вращения относительно основания, вал связан с повышающим редуктором, тормозной барабан выполнен неподвижным, на валу размещен неподвижный относительно него диск с двумя цилиндрическими выступами, причем оси цилиндрических выступов параллельны оси вала, колодки установлены с возможностью вращения относительно осей цилиндрических выступов, на колодках размещены уступы, взаимодействующие с тормозным барабаном.
Суть изобретения поясняется схемой ограничителя скорости относительного движения (фиг. 1).
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - барабан намотки тросов с зубчатым венцом; 2 - шестерня; 3 - обгонная муфта; 4 - повышающий обороты редуктор; 5 - вал; 6 - диск; 7 - цилиндрические выступы; 8 - колодки; 9 - уступы; 10 - тормозной барабан; 11 - основание; 12 -подшипники.
Ограничитель скорости относительного движения содержит барабан намотки тросов с зубчатым венцом 1, установленный на подшипниках 10 в основании 11, шестерню 2, зацепленную с зубчатым венцом барабана намотки тросов с зубчатым венцом 1, обгонную муфту 3, связанную с шестерней 2, последовательно связанные повышающий обороты редуктор 4, вал 5 и диск 6, причем повышающий обороты редуктор 4 также связан с обгонной муфтой 3, цилиндрические выступы 7, размещенные на диске 6 так, что их оси параллельны оси вала 5, колодки 8, расположенные на цилиндрических выступах 7 с возможностью вращения относительно осей цилиндрических выступов 7, на колодках 8 размещены уступы 9, также имеется выполненный неподвижным относительно основания 11 тормозной барабан 10, с которым могут взаимодействовать уступы 9.
Ограничитель скорости относительного движения работает следующим образом.
На барабане намотки тросов с зубчатым венцом 1 размещается трос, к концу которого обозначенному на фиг. 1 стрелкой V, присоединено стыковочное кольцо.
По сигналу первого контакта система управления стыковочного агрегата выдает команду на ускоренное выдвижение кольца заданной силой, что приводит к вытягиванию троса в направлении, указанном на фиг.1 стрелкой.
Барабан намотки тросов с зубчатым венцом 1 начинает вращаться в подшипниках 12 в направлении, при котором обгонная муфта 3, присоединенная к шестерне 2, находится в зацеплении (передает момент). Вращение обгонной муфты приводит к разгону повышающего обороты редуктора 4. Повышение оборотов необходимо для уменьшения массы центробежной части - колодок 8. Повышающий обороты редуктор 4 разгоняет вал 5 и диск 6 с цилиндрическими выступами 7. Цилиндрические выступы 7 увлекают за собой колодки 8, на которые начинает действовать центростремительное ускорение. Колодки 8 стремятся разойтись в радиальном направлении или, учитывая расположение центра масс колодок 8 и расположение цилиндрических выступов 7, повернуться относительно последних. Этому препятствуют расположенные на колодках 8 уступы 9, которые выдаются за радиальный габарит колодок 8 и с усилием вдавливаются в тормозной барабан 10, неподвижный относительно основания 11. Трение уступов 9 о тормозной барабан 10, являющийся неподвижным, создает тормозной момент, который передается по кинематической цепи на барабан намотки тросов с зубчатым венцом 1. Тормозной момент преобразуется на барабане намотки тросов с зубчатым венцом 1 в силу торможения троса, намотанного на барабан намотки тросов с зубчатым венцом 1.
При использовании данного ограничителя скорости относительного движения сила торможения троса пропорциональна квадрату его скорости, что позволяет рассматривать описываемое устройство как систему с отрицательной обратной связью. Таким образом, существует скорость при которой заданная сила ускоренного выдвижения кольца уравновешивается силой торможения троса. Она является предельной скоростью выдвижения кольца.
При максимальном выдвижении кольца оно резко останавливается ввиду достижения упора. Накопленная кинетическая энергия вращения колодок 8 при этом мгновенно не рассеивается, а продолжает вращать кинематическую цепь. Для отключения вращающейся кинематической цепи от барабана намотки тросов с зубчатым венцом 1 применена обгонная муфта 3. Продолжение вращения барабана намотки тросов с зубчатым венцом 1 после остановки кольца недопустимо ввиду возможного образования слабины на тросе. Вращение барабана намотки тросов с зубчатым венцом 1 прекращается отдельным устройством, не входящим в описываемое.
Ограничитель скорости относительного движения может быть применен в Периферийном стыковочном механизме.