ИМИТАТОР МОРСКОЙ КАЧКИ

Полезная модель относится к стендам для моделирования бортовой и килевой качки судна и его циркуляций и может быть использована для испытаний систем спутниковой посадки и имитации морской качки.
Заявленная полезная модель предназначена для использования в промышленности, а именно в радиопромышленности при измерении характеристик, тестировании и исследовании спутниковых антенн и антенн навигации.
Известен тренажер летчиков морской авиации [1], содержащий: автомобильный тягач; колесный прицеп, присоединяемый к тягачу, на котором размещен блок механизмов качки посадочной платформы по крену в диапазоне углов, равном ±15°, и имеющий входы для подключения питания и входы-выходы для подключения линии информационного обмена; посадочную платформу с нанесенной на ней разметкой взлетно-посадочной площадки, которая размещена на блоке механизмов качки посадочной платформы по крену таким образом, чтобы при работе блока механизмов качки посадочной платформы по крену обеспечивался поворот посадочной платформы вокруг оси, параллельной продольной оси прицепа, в диапазоне углов, равном ±15°; автомобильную дорогу для движения тягача с прицепом, которая в профиле имеет вид волны высотой ±2-4 м и со спусками и подъемами в диапазоне углов, равными ±2-6°, отличающийся тем, что в тренажер введены имитатор ангара или корабельной надстройки, которые располагаются на посадочной платформе перед разметкой взлетно-посадочной площадки; оптическая система посадки вертолетов, состоящая из индикаторов глиссады и курса, индикатора пилотажно-посадочного, указателя истинного горизонта, огней крена и др. и имеющая входы для подключения электропитания и входы-выходы для подключения линии информационного обмена и расположенная на ангаре; контурные огни, имеющие входы для подключения электропитания и входы-выходы для подключения линии информационного обмена и расположенные по краям посадочной платформы так, чтобы их видно было при заходе вертолета на посадку; огни подсвета взлетно-посадочной площадки, имеющие входы для подключения электропитания и входы-выходы для подключения линии информационного обмена и расположенные по краям посадочной платформы так, чтобы взлетно-посадочная площадка освещалась огнями равномерно, и огни не слепили летчика; имитатор стартового командного пункта, который размещен на посадочной площадке; интегрированный пульт управления, который имеет входы для подключения электропитания и входы-выходы для подключения линии информационного обмена и который размещен в имитаторе стартового командного пункта; агрегатная, которая размещается на посадочной платформе; автономная энергоустановка, размещаемая в агрегатной и имеющая фидеры питания, которые подключены к входам питания оптической системы посадки, контурных огней, огней подсвета взлетно-посадочной площадки, пульту управления; блок управления к входам-выходам линий информационного обмена оптической системы посадки вертолета, огней подсвета взлетно-посадочной площадки, контурных огней, пульта управления, блока механизмов качки посадочной платформы; блок измерения параметров движения взлетно-посадочной площадки, таких как направление, величина и скорость вращения платформы по крену и дифференту, направления, величины и скорости вертикального перемещения взлетно-посадочной площадки, размещаемый в агрегатной и имеющий входы, которые подключены к фидерам питания автономной энергоустановки, и входы-выходы, которые подключены к входам-выходам линии информационного обмена блока управления.
Недостатками известного технического решения являются: сложность технической реализации и постоянная зависимость угла наклона килевой качки от поверхности дороги, ограничение угла наклона для бортовой качки ±15°. Угол наклона килевой качки ограничен ±2-6°. Отсутствует возможность задавать период качения для каждого типа качки независимо друг от друга, а также возможность контроля точности выполняемых операций.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является стенд для моделирования бортовой и килевой качки судна и его циркуляций [2], содержащий основание, на котором установлен поворотный стол с приводом, стойки, закрепленные на поворотном столе и имеющие цапфы с преобразователем угла, в которых поворотно смонтирована посредством кронштейнов платформа с приводом, фиксатор платформы и упор ограничения качания, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик стенда, фиксатор платформы состоит из зубчатого сектора, закрепленного на кронштейне платформы соосно с цапфами, опорного элемента, закрепленного на стойке, двуплечего рычага, взаимодействующего с зубчатым сектором и опорным элементом, и управляющего элемента, шарнирно смонтированного на стойке н связанного с двуплечим рычагом, а упор ограничения качания содержит дополнительный зубчатый сектор, закрепленный на одном из кронштейнов платформы, зубчатое колесо, имеющее отверстие со шлицевыми канавками, поворотно смонтированное в стойке и зацепленное с дополнительным зубчатым сектором, и торсионный узел, посредством которого зубчатое колесо связано со стойкой, причем стойки выполнены с вертикальными направляющими, а цапфы имеют корпуса, установленные в вертикальных направляющих, при этом стенд снабжен предохранительными домкратами, смонтированными на платформе равномерно по окружности и взаимодействующими с основанием, а ось симметрии платформы расположена под углом 15-25° к оси цапф стоек.
Недостатком стенда является сложность технической реализации и постоянная зависимость угла наклона бортовой качки от угла наклона килевой качки и наоборот. Угол наклона ограничен 20° для бортовой качки и 8° для килевой. Отсутствует возможность задавать период качения для каждого типа качки, возможность контроля точности выполняемых операций, а также отсутствует защита от внешних воздействующих факторов. Стенд может быть использован только в стационарных условиях.
Техническим результатом имитатора качки является расширение функциональных возможностей исследуемых параметров испытуемых спутниковых систем посадки, а также возможность мобильного использования.
Задачами предполагаемой полезной модели являются:
- обеспечение высокой мобильности;
- надежность в эксплуатации;
- простота в обслуживании;
- оптимизация массово-габаритных характеристик;
- низкое энергопотребление;
- контроль точности выполняемых операций;
- независимость имитации бортовой и килевой качки;
- увеличение угла наклона имитации морской качки;
- возможность задания необходимого периода для каждого типа качки;
- защита от внешних факторов воздействия;
- защита от механических воздействий.
Имитатор морской качки содержит основание, электродвигатели и кронштейны.
Особенностью предполагаемой полезной модели является то, что имитатор морской качки содержит верхнюю платформу, среднюю платформу, нижнюю платформу, персональный компьютер, кабельные линии связи, защитный кожух, раму для фиксации на транспортном средстве, имеющую электроразъемы. Верхняя платформа содержит дополнительное поворотное основание, закрепленное двумя шариковыми подшипниками, включающее шаговый электродвигатель, муфту, винт шариковинтовой передачи, упор винта шариковинтовой передачи, рельсовый направляющий элемент, магнитную ленту линейного энкодера, жестко закрепленную на кронштейне линейного энкодера. Верхняя платформа соединена со средней платформой посредством двух кронштейнов, соединенных со средней платформой упорными роликовыми подшипниками двустороннего действия. Верхняя часть средней платформы содержит стопор, программируемый логический контроллер, дополнительное поворотное основание, закрепленное двумя шариковыми подшипниками, включающее гайку шариковинтовой передачи, каретку рельсового направляющего элемента, линейный энкодер. Нижняя часть средней платформы содержит стопор, два драйвера шаговых электродвигателей, дополнительное поворотное основание, закрепленное двумя шариковыми подшипниками, включающее гайку шариковинтовой передачи, каретку рельсового направляющего элемента, линейный энкодер. Нижняя платформа содержит дополнительное поворотное основание, закрепленное двумя шариковыми подшипниками, включающее шаговый электродвигатель, муфту, винт шариковинтовой передачи, упор винта шариковинтовой передачи, рельсовый направляющий элемент, магнитную ленту линейного энкодера, жестко закрепленную на кронштейне линейного энкодера.
Имитатор морской качки содержит дополнительное поворотное основание для средней платформы, включающее четыре кронштейна для подшипника, два подшипника и платформу, кронштейн крепления каретки рельсового направляющего элемента, кронштейн линейного энкодера, дополнительное поворотное основание для верхней и нижней платформ, содержащее четыре кронштейна для подшипника, два подшипника и платформу, кронштейн упора винта шариковинтовой передачи и кронштейн рельсового направляющего элемента.
Имитатор морской качки содержит упор винта шариковинтовой передачи, выполненный в виде монолитного корпуса с упорным роликовым подшипником двустороннего действия.
Имитатор морской качки содержит стопор, состоящий из рельсового направляющего элемента, каретки рельсового направляющего элемента, кронштейна, стержня и серводвигателя.
Имитатор морской качки содержит кронштейны, соединяющие платформы между собой упорными роликовыми подшипниками двустороннего действия, выполненные из цельного листового материала.
Предлагаемый имитатор морской качки поясняется следующими рисунками:
- фиг. 1 - Имитатор морской качки;
- фиг. 2 - Структурная схема имитатора морской качки;
- фиг. 3 - Стопор имитатора морской качки.
Имитатор морской качки содержит основание, электродвигатели и кронштейны, выполненные из цельного листового материала, соединяющие платформы между собой упорными роликовыми подшипниками двухстороннего действия для обеспечения вращательного движения платформ относительно кронштейнов, воспринимая при этом нагрузки вдоль оси без дополнительных повреждений.
Верхняя платформа (1) имитирует бортовую качку, например, антенны, которая может быть на ней закреплена, средняя платформа (2) имитирует килевую качку, нижняя платформа (3) служит основанием для всей конструкции.
Для составления управляющей программы и контроля выполнения работы имитатора морской качки используется персональный компьютер (4).
Подача тока и передача данных между управляющими и исполнительными устройствами осуществляется посредством кабельных линий связи (5).
Защитный кожух (6) защищает конструкцию и механизмы имитатора морской качки от внешних погодных воздействий. Конструкция защитного кожуха выполнена в виде гофры таким образом, чтобы она не препятствовала подвижным частям имитатора качки во время работы. Материалом защитного кожуха является резина (например, ТМКЩ) в виде колец, закрепленных между собой по внешнему и внутреннему диаметру посредством скоб и клея (например, 88-СА).
Рама для фиксации на транспортном средстве (7) необходима для надежного закрепления имитатора морской качки во время движения транспортного средства (например, автомобиля). Рама содержит электроразъемы (8).
Верхняя платформа (1) для обеспечения параллельности положения винта шариковинтовой передачи (13) и гайки шариковинтовой передачи (22) между собой содержит дополнительное поворотное основание (9), закрепленное двумя шариковыми подшипниками (10), включающее шаговый электродвигатель (11), муфту (12), передающую крутящий момент с вала шагового электродвигателя на винт шариковинтовой передачи (13), винт шариковинтовой передачи (13) преобразующий вращательное движение в поступательное, перемещая гайку шариковинтовой передачи (22) вдоль оси, упор винта шариковинтовой передачи (14), фиксирующий винт шариковинтовой передачи относительно средней платформы (2), рельсовый направляющий элемент (15) компенсирующий радиальные нагрузки, которые действуют на винт шариковинтовой передачи (13) и гайку шариковинтовой передачи (22), и преобразующий их в осевую нагрузку, и магнитную ленту линейного энкодера (16), жестко закрепленную на кронштейне линейного энкодера (17), предназначенную для измерения перемещения линейным энкодером (24). Верхняя платформа (1) соединена со средней платформой (2) посредством двух кронштейнов (18), соединенных со средней платформой упорными роликовыми подшипниками двустороннего действия (19), предназначенных для обеспечения вращательного движения платформ относительно кронштейнов (18), воспринимая при этом нагрузки вдоль оси без дополнительных повреждений.
Верхняя часть средней платформы содержит стопор (20), программируемый логический контроллер (21), используемый для подачи импульсов на драйверы (25) и обработки данных с линейных энкодеров (24), дополнительное поворотное основание (9), предназначенное для обеспечения параллельности положения винта шариковинтовой передачи (13) и гайки шариковинтовой передачи (22) между собой, закрепленное двумя шариковыми подшипниками (10), включающее гайку шариковинтовой передачи (22), каретку рельсового направляющего элемента (23), преобразующую радиальные нагрузки, действующие на винт шариковинтовой передачи (13) и гайку шариковинтовой передачи (22) в осевые нагрузки, линейный энкодер (24) предназначенный для измерения линейного перемещения относительно магнитной ленты линейного энкодера (16).
Стопор (20) верхней части средней платформы используется для фиксации имитатора качки в обесточенном состоянии в горизонтальном положении и состоит из рельсового направляющего элемента (31), предназначенного для передачи поступательного движения стопору, каретки рельсового направляющего элемента (32), кронштейна стопора (33), стержня (34), используемого для удержания платформы в стационарном состоянии, и серводвигателя (35), предназначенного для задания поступательного движения стопора.
Нижняя часть средней платформы содержит стопор (20), два драйвера шаговых электродвигателей (25), дополнительное поворотное основание (9), предназначенное для обеспечения параллельности положения винта шариковинтовой передачи (13) и гайки шариковинтовой передачи (22) между собой, закрепленное двумя шариковыми подшипниками (10), включающее гайку шариковинтовой передачи (22), каретку рельсового направляющего элемента (23), преобразующую радиальные нагрузки, действующие на винт шариковинтовой передачи (13) и гайку шариковинтовой передачи (22), в осевые нагрузки, линейный энкодер (24) предназначенный для измерения линейного перемещения относительно магнитной ленты линейного энкодера (16).
Стопор (20) нижней части средней платформы используется для фиксации имитатора качки в обесточенном состоянии в горизонтальном положении и состоит из рельсового направляющего элемента (31), предназначенного для передачи поступательного движения стопору, каретки рельсового направляющего элемента (32), кронштейна стопора (33), стержня (34), используемого для удержания платформы в стационарном состоянии, и серводвигателя (35), предназначенного для задания поступательного движения стопора.
Нижняя платформа (3) для обеспечения параллельности положения винта шариковинтовой передачи (13) и гайки шариковинтовой передачи (22) между собой содержит дополнительное поворотное основание (9), закрепленное двумя шариковыми подшипниками (10), включающее шаговый электродвигатель (11), передающий крутящий момент с вала шагового электродвигателя на винт шариковинтовой передачи (13), винт шариковинтовой передачи (13), преобразующий вращательное движение в поступательное, перемещая гайку шариковинтовой передачи (22) вдоль оси, упор винта шариковинтовой передачи (14), фиксирующий винт шариковинтовой передачи (13) относительно средней платформы (2), рельсовый направляющий элемент (15) компенсирующий радиальные нагрузки, которые оказываются на винт шариковинтовой передачи (13) и гайку шариковинтовой передачи (22) и преобразующий их в осевую нагрузку, магнитную ленту линейного энкодера (16), жестко закрепленную на кронштейне линейного энкодера (17), предназначенную для измерения перемещения линейным энкодером (24).
Дополнительное поворотное основание (9) для средней платформы (2) предназначено для обеспечения параллельности положения винта шариковинтовой передачи (13) и гайки шариковинтовой передачи (22) между собой и включает в себя четыре кронштейна для подшипника (26), два подшипника (10) и платформу, кронштейн крепления каретки рельсового направляющего элемента (28), кронштейн линейного энкодера (17). Дополнительное поворотное основание (9) для верхней (1) и нижней (3) платформ содержит четыре кронштейна для подшипника (26), два подшипника (10) и платформу, кронштейн упора винта шариковинтовой передачи (29), фиксирующий винт шариковинтовой передачи (13) относительно средней платформы (2) и кронштейн рельсового направляющего элемента (30).
Упор винта шариковинтовой передачи (14), необходимый для фиксации винта шариковинтовой передачи (13) относительно средней платформы (2), выполнен в виде монолитного корпуса с упорным роликовым подшипником двустороннего действия (19).
В движение имитатор приводится с помощью электроприводов. Крутящий момент с электродвигателя передается через муфту на шариковинтовую передачу, которая состоит из гайки шариковинтовой передачи и винта шариковинтовой передачи. Таким образом, происходит перемещение гайки шариковинтовой передачи вдоль оси за счет вращательного движения винта шариковинтовой передачи, крутящий момент которому передает электродвигатель.
Для управления имитатором качки используются драйверы, программируемый логический контроллер и компьютер. Посредством программного обеспечения передается сигнал с компьютера на программируемый логический контроллер, который преобразует сигналы и передает их на драйверы. Каждый драйвер подает необходимое количество импульсов и требуемый ток на определенный электродвигатель.
Для контроля правильности выполнения задач на имитатор качки установлены линейные энкодеры. Информация с них поступает на программируемый логический контроллер и после обработки передается на компьютер. С помощью программного обеспечения можно задавать сложный алгоритм работы имитатора, при котором в автоматическом режиме по полученной с энкодеров информации корректируется работа всех приводов.
Промышленная применимость имитатора морской качки подтверждается использованием элементов известных в промышленности, драйверов (например, LONGS MOTOR D2HB542MA, Autonics MD5-ND14), программируемого логического контроллера (например, OMRON CP1L-M30DT-D, SIEMENS SIMATIC S7-1200), энкодеров (например, RLS RoLin, RLS LM10), шаговых электродвигателей (например, LONGS MOTOR 42CSTHM810, Autonics A2K-S544), серводвигателей (например, Mini Servo SG-90, Tower Pro MG-995).
Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Имитатор морской качки, заявленный в качестве полезной модели, при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Источники литературы:
1. Патент РФ №94038, МПК G09B 9/08, публикация от 10.05.2010 г.;
2. Авторское свидетельство RU №771500, МПК G01M 19/00, публикация от 15.10.1980 г.