ЛЕБЕДКА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ МЕХАНИЗМОМ НАТЯЖЕНИЯ КАНАТА
WINCH WITH IMPROVED ROPE TENSIONING MECHANISM

Область техники
[1] Изобретение относится к области подъемных механизмов, в частности к лебедкам, и может быть использовано на вертолетах, например в качестве спасательного оборудования.
Предпосылки к созданию изобретения
[2] В лебедках, представляющих собой подъемные или буксировочные механизмы, в качестве каната обычно используется металлический трос, который в силу присущих металлу свойств обладает высокой упругостью и в отсутствие сдерживающей силы занимает положение в виде дуги большого радиуса. Данное обстоятельство создает риск нарушения плотной укладки каната на барабане при уборке или выпуске каната. В случае резкого снижения нагрузки, например при отрыве части поднимаемого груза, канат подается вверх и стремится раскрутиться на барабане. Аналогичный процесс происходит и тогда, когда опускаемый груз встречает препятствие, а барабан еще какое-то время продолжает выпускать канат.Раскрутка каната на барабане с последующим его запутыванием выводит лебедку из строя.
[5] Патентная публикация DE3121733A1, 27.01.1983 раскрывает лебедку, в которой натяжение каната обеспечивается двумя вращающимися роликами, находящимися в контакте с канатом и имеющими привод от источника крутящего момента. Однако данная лебедка не позволяет выровнять линейную скорость роликов и скорость движения каната относительно роликов. В целях обеспечения гарантированного натяжения каната частота вращения роликов установлена так, чтобы линейная скорость роликов при выпуске каната была больше скорости движения каната. Аналогично при уборке каната частота вращения роликов поддерживается на величине, при которой линейная скорость роликов меньше скорости движения каната. Другими словами, натяжение каната обеспечивается за счет постоянного проскальзывания роликов по канату.
[3] Недостатки данной лебедки обусловлены тем, что канат, образованный скручиванием стальных проволок, имеет неровную и жесткую поверхность, постоянное трение которой по поверхности роликов приводит к интенсивному износу как роликов, так и самого каната. В результате этого прочность роликов и каната постепенно снижается, что отрицательно сказывается на надежности лебедки. Таким образом, безаварийное функционирование описанной лебедки, являющейся прототипом изобретения, может быть обеспечено только при достаточно частой замене роликов и каната.
[4] Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в существенном продлении срока службы лебедки, а по существу, в снижении интенсивности износа элементов, обеспечивающих натяжение каната.
Сущность изобретения
[5] Для решения указанной технической проблемы в качестве изобретения предложена лебедка, содержащая барабан, на который намотан канат, первый и второй ролики, находящиеся в контакте с канатом и расположенные по обе стороны от него, и электродвигатель, способный приводить первый ролик во вращение. В кинематическую цепь между электродвигателем и первым роликом включена муфта, способная передавать крутящий момент, ограниченный такой заданной величиной, при которой взаимодействие первого ролика с канатом происходит без проскальзывания. Муфта содержит ведущий и ведомый валы, а также пружину, которая имеет фрикционную связь с одним из указанных валов и контактирует своим концевым участком с другим из указанных валов. Концевой участок пружины при этом способен воспринимать усилие в том ее окружном направлении, в котором обеспечивается ослабление упомянутой фрикционной связи.
[6] Технический результат изобретения состоит в том, что первый ролик, получая крутящий момент от электродвигателя, способен при помощи второго ролика натягивать канат в направлении от барабана путем прокатывания по канату без проскальзывания, что предотвращает износ первого ролика и каната.
[7] Причинно-следственная связь между признаками изобретения и техническим результатом заключается в следующем. Лебедка снабжена муфтой, представляющей собой муфту предельного момента. Муфта расположена в кинематической цепи между электродвигателем и первым роликом, при этом передаваемый электродвигателем избыточный крутящий момент, который мог бы вызвать проскальзывание первого ролика по канату, утилизируется в указанной муфте. Поверхности трения элементов, входящих в состав муфты и передающих крутящий момент посредством фрикционной связи, являются износостойкими и способны к длительному сроку службы.
[8] В первом частном случае изобретения первый и второй ролики расположены относительно каната так, что плоскость в которой лежат оси вращения первого и второго роликов, проходит перпендикулярно оси каната. Данное исполнение обеспечивает фиксацию каната при помощи минимального числа роликов, которое равно двум. Первый и второй ролики фиксируют канат между собой с тем, чтобы обеспечить эффективную передачу подтягивающего усилия, а также воспрепятствовать неконтролируемому перемещению каната в сторону барабана при ослаблении усилия со стороны груза.
[9] В развитии первого частного случая изобретения лебедка содержит упругий элемент, воздействующий на первый и второй ролики в направлении друг друга. Данное исполнение повышает как эффективность фиксации каната между первым и вторым роликами, так и эффективность передачи канату усилия от первого ролика, которое действует в направлении натяжения каната.
[10] Во втором частном случае изобретения ведомый вал муфты расположен внутри ведущего вала, при этом пружина через свою внешнюю окружную поверхность имеет фрикционную связь с внутренней поверхностью ведущего вала, и через свой концевой участок имеет зацепление с ведомым валом. Данное исполнение позволяет увеличить площадь контакта фрикционных поверхностей пружины и вала, что позволяет замедлить износ указанных элементов муфты.
[11] В развитии второго частного случая концевой участок пружины снабжен упорным элементом, а ведомый вал снабжен выступом, создающим упор для упорного элемента, при этом усилие со стороны выступа действует на пружину в направлении ее закручивания. Выполнение упорного элемента на концевом участке пружины и выступа на элементе вала позволяет обеспечить тангенциальное направление усилия, действующего со стороны пружины на ведомый вал, что повышает эффективность передачи крутящего момента.
[12] В третьем частном случае изобретения упомянутый концевой участок пружины является первым концевым участком, при этом второй концевой участок пружины выполнен аналогично первому концевому участку. Данное исполнение позволяет обеспечить упор для второго концевого участка пружины, что способствует закручиванию пружины по всей ее длине. В результате этого повышается плавность работы муфты и достигается более точная работа фрикционной связи в части поддержания передаваемого крутящего момента на заданной величине.
[13] В четвертом частном случае изобретения при вращении ведомого вала в направлении, которое соответствует направлению уборки каната, ведущий вал муфты неподвижно заблокирован. Следует отметить, что в отличие от режима выпуска каната, когда при малом весе груза недостаток создаваемого им тягового усилия компенсируется подтягивающим усилием со стороны первого ролика, при уборке каната требуемое для натяжения каната тяговое усилие гарантированно создается барабаном. Функция муфты в режиме уборки каната состоит в создании противодействия указанному тяговому усилию, что обеспечивается проскальзыванием пружины по неподвижному ведущему валу. Тем не менее передаваемый первому ролику от каната крутящий момент, при котором пружина муфты начинает проскальзывать, меньше крутящего момента, способного преодолеть силу трения покоя между канатом и первым роликом. Таким образом, при уборке каната возможность проскальзывания каната по первому ролику исключена, в то время как надлежащее натяжение каната обеспечено за счет силы трения качения между канатом и роликами.
[14] Следует отметить, что в контексте настоящего изложения сделано допущение, в котором что сила трения, препятствующая проскальзыванию каната по катящемуся по нему ролику, приравнена к силе трения покоя между канатом и неподвижным роликом.
[15] В развитии четвертого частного случая упомянутая муфта является первой муфтой, при этом в кинематическую цепь между электродвигателем и первой муфтой включены вторая и третья муфты. Вторая муфта при уборке каната способна прерывать передачу крутящего момента от электродвигателя к ведущему валу первой муфты, а третья муфта при уборке каната способна неподвижно блокировать вращение ведущего вала первой муфты. Данное исполнение отражает вариант конфигурации кинематической цепи, позволяющий при уборке каната блокировать ведущий вал первой муфты, не создавая препятствия для вращения электродвигателя.
[16] В пятом частном случае изобретения второй ролик приводится во вращение электродвигателем. В данном исполнении канат испытывает подтягивающее усилие как со стороны первого, так и со стороны второго роликов, что повышает эффективность натяжения каната.
[17] В шестом частном случае изобретения первый и второй ролики размещены на каретке, способной к перемещению в осевом направлении барабана, при этом первый ролик выполнен с возможностью продольного перемещения по валу, приводящему первый ролик во вращение. Данное исполнение сокращает длину каната между роликами и барабаном, что способствует повышению эффективности натяжения каната.
Краткое описание чертежей
[18] Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:
Фиг. 1 - общий вид лебедки, выполненной согласно изобретению;
Фиг. 2 - вид лебедки в разрезе, показывающий структуру механизма натяжения каната;
Фиг. 3 - кинематическая схема механизма натяжения каната;
Фиг. 4 - поэлементное изображение муфты предельного момента, вид справа;
Фиг. 5 - поэлементное изображение муфты предельного момента, вид слева.
Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов, отображенных на фигурах, могут являться условными и могут быть показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов лебедки и их причинно-следственную связь с техническим результатом.
Осуществление изобретения
[19] Осуществление изобретения будет показано на наилучших известных авторам примерах реализации изобретения, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.
[20] Лебедка 1, общий вид которой представлен на Фиг. 1, предназначена для установки на вертолете с тем, чтобы обеспечивать спускание и подъем груза при нахождении вертолета в воздухе, а также буксировку груза при загрузке вертолета через задний проем фюзеляжа.
[21] Лебедка 1 содержит корпус 20, основными силовыми элементами которого являются плиты 21 и 22. Корпус 20 образует отсеки 23 и 24, в которых размещены соответственно электродвигатель 30 и барабан 40 с намотанным на него канатом 41 (Фиг. 2 и 3). Канат 41 выполнен путем скручивания множества стальных проволок.
[22] Электродвигатель 30 через редуктор 31 (Фиг. 3) приводит во вращение барабан 40, что позволяет производить выпуск каната 41 с барабана 40 и его уборку на барабан 40. В качестве электродвигателя 30 использован синхронный электродвигатель с постоянными магнитами. Блок векторного управления электродвигателем, расположенный в отсеке 25 (Фиг. 1), способен обеспечивать вращение электродвигателя 30 в прямом и обратном направлениях, которые соответствуют направлениям вращения барабана 40 на выпуск и уборку каната 41. Кроме того, блок векторного управления электродвигателем способен управлять частотой вращения электродвигателя 30 так, чтобы частота вращения барабана 40 могла изменяться в пределах заданного диапазона.
[23] Во избежание запутывания, а также для минимизации радиального размера отсека 24, канат 41 уложен на барабан 40 ровными слоями, каждый из которых представляет собой горизонтальный ряд витков каната 41, расположенных бок о бок друг с другом. Укладка каната 41 ровными слоями обеспечивается при помощи каретки 50, через которую проходит канат 41. Заметим, что в лебедке 1 при полной уборке каната 41 на барабан 40 число слоев каната 41 равно шести. Каретка 50 имеет резьбовое зацепление с ходовым винтом 53, который через редуктор (не показан) имеет привод от электродвигателя 30. Вращение ходового винта 53 заставляет каретку 50 перемещаться в осевом направлении барабана 40 с опорой на направляющую 51 и подтягивающий вал 52, который будет подробно раскрыт ниже.
[24] Частота вращения ходового винта 53 соответствующим образом синхронизирована с частотой вращения барабана 40 с учетом длины выпущенной части каната 41, благодаря чему при выпуске каната 41 каретка 50 всегда располагается в месте его схода с барабана 40. В свою очередь, при уборке каната 41 каретка 50 всегда располагается в месте его укладки на барабан 40 и способна направлять канат 41 так, чтобы каждый следующий виток каната 41 располагался рядом с предыдущим. Упомянутая синхронизация частоты вращения ходового винта 53 обеспечена при помощи кулачкового механизма, расположенного в отсеке 26. Конструкция кулачкового механизма, применяемого в лебедках для указанной цели, является известной специалисту в данной области техники.
[25] Каретка 50 снабжена направляющими роликами 61 и 62, которые способны к повороту относительно своих вертикально расположенных осей и предназначены для направления каната 41 к барабану 40 в плоскости, перпендикулярной продольной оси барабана 40. Данная функция направляющих роликов 61 и 62 позволяет укладывать канат на барабан 40 ровными витками независимо от положения каретки 50 или угла наклона каната 41 относительно указанной плоскости. Заметим, что вариативность упомянутого угла наклона каната 41 может быть вызвана раскачиванием груза или изменением положения вертолета по тангажу.
[26] Внешние окружные поверхности направляющих роликов 61 и 62 выполнены гладкими, что позволяет минимизировать силу трения скольжения каната 41 по направляющим роликами 61 и 62, например в случае крена вертолета. Оси направляющих роликов 61 и 62 имеют жесткую фиксацию на каретке 50, при этом одновременный контакт каната 41 с внешними окружными поверхностями обоих направляющих роликов 61 и 62 не является обязательным.
[27] На каретке 50 также установлены первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 (Фиг. 2 и 3), которые способны вращаться относительно своих горизонтально расположенных осей, и которые находятся в контакте с канатом 41, проходящим между ними. По существу, в области своего контакта с первым и вторым подтягивающими роликами 63 и 64 канат 41 проходит перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64. Внешние окружные поверхности первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 имеют канавки, которые охватывают канат 41 с тем, чтобы зафиксировать канат 41 в осевом направлении и увеличить площадь контакта. Таким образом, канат 41 имеет возможность перемещения относительно первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 только в их тангенциальном направлении.
[28] Ось первого подтягивающего ролика 63 совпадает с осью упомянутого выше подтягивающего вала 52, который пролегает сквозь первый подтягивающий ролик 63 так, что внутренняя окружная поверхность первого подтягивающего ролика 63 контактирует с внешней поверхностью подтягивающего вала 52. При выпуске каната 41 подтягивающий вал 52 приводит первый подтягивающий ролик 63 во вращение в ту сторону, в которой направление вектора скорости первого подтягивающего ролика 40 на участке его контакта с канатом 7 совпадает с направлением движения каната 7. Одновременно с этим первый подтягивающий ролик 63 вместе с кареткой 50 способен совершать продольное перемещение по подтягивающему валу 52. В указанных целях на всей длине подтягивающего вала 52 выполнен паз (не показан), в который входит шип (не показан), выполненный на внутренней окружной поверхности первого подтягивающего ролика 63.
[29] Ось второго подтягивающего ролика 64 совпадает с осью штифта 65, который проходит сквозь второй подтягивающий ролик 64 так, что второй подтягивающий ролик 64 имеет возможность вращаться вокруг своей оси. Штифт 65 прикреплен к первым концам правого и левого плеч 54 и 55, имеющих треугольную форму. Вторые концы правого и левого плеч 54 и 55 закреплены с возможностью поворота на стержне 66, установленном на каретке 50, а третьи концы правого и левого плеч 54 и 55 соединены между собой при помощи планки 56. Таким образом, поворот правого и левого плеч 54 и 55 относительно оси стержня 66 приводит к параллельному смещению штифта 65, а вместе с ним и второго подтягивающего ролика 64 в сторону первого подтягивающего ролика 63.
[30] На стержень 66 надеты две пружины 67, которые своими первыми концами упираются в каретку 50, а своими вторыми концами - в упомянутую планку 56, соединяющую правое и левое плечи 54 и 55. Упругая сила пружин 67 через планку 56 воздействует на правое и левое плечи 54 и 55 так, что они стремятся к повороту, как было описано выше. Соответственно второй подтягивающий ролик 64 смещается в сторону первого подтягивающего ролика 63, в результате чего первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 обеспечивают совместный охват и зажим каната 41 между своими внешними окружными поверхностями. Специалисту в данной области понятно, что вместо двух пружин 67 может быть использована одна пружина или другой упругий элемент, способный исполнить описанную выше функцию.
[31] Шестерни 68 и 69 (Фиг. 3), находящиеся в зацеплении друг с другом, жестко соединены соответственно с первым и со вторым подтягивающими роликами 63 и 64, благодаря чему крутящий момент от первого подтягивающего ролика 63 передается на второй подтягивающий ролик 64, изменяя свое направление на противоположное. При прохождении каната 41 между первым и вторым подтягивающими роликами 63 и 64, со стороны каждого из них на канат 41 действует сила трения качения, которая направлена в сторону, противоположную стороне расположения барабана 40. Таким образом, при выпуске каната 41 первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 оказывают на канат 41 подтягивающее усилие, которое обеспечивает натяжение каната 41.
[32] Следует отметить, что передача крутящего момента на второй подтягивающий ролик 64 не является обязательной, и достаточный уровень подтягивающего усилия на канате 41 может быть обеспечен за счет крутящего момента от первого подтягивающего ролика 63 и упругой силы пружин 67, прижимающей первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 друг к другу.
[33] Подтягивающий вал 52 является частью кинематической цепи, обеспечивающей передачу крутящего момента от электродвигателя 30 к первому подтягивающему ролику 63. Более точно, подтягивающий вал 52 является частью механизма натяжения каната (Фиг. 2 и 3), который представляет собой участок указанной кинематической цепи между редуктором 31 и первым подтягивающим роликом 63.
[34] Здесь обратим внимание, что кинематическая цепь, которая обеспечивает передачу крутящего момента от электродвигателя 30 к первому подтягивающему ролику 63 через редуктор 31, отражает предпочтительный случай изобретения. Однако изобретение включает в себя случай, когда кинематическая цепь данного предназначения может быть выполнена непосредственно от вала электродвигателя 30, минуя редуктор 31. В этом случае понятия «кинематическая цепь, обеспечивающая передачу крутящего момента от электродвигателя 30 к первому подтягивающему ролику 63», и «механизм натяжения каната», по существу, становятся синонимами.
[35] Механизм натяжения каната включает в себя ряд зубчатых передач, а также первую муфту 70, вторую муфту 45 и третью муфту 47, которые расположены между электродвигателем 30 и первым подтягивающим роликом 63 (Фиг. 2 и 3). В дальнейшем изложении направление вращения каждого элемента механизма натяжения каната, которое свойственно данному элементу при выпуске каната 41 с барабана 40, будет именоваться первым направлением вращения. Кроме того, направление вращения каждого элемента механизма натяжения каната, которое свойственно данному элементу при уборке каната 41 на барабан 40, будет именоваться вторым направлением вращения.
[36] Общее передаточное отношение механизма натяжения каната выбрано так, чтобы при гипотетически жесткой передаче крутящего момента по кинематической цепи между электродвигателем 30 и первым подтягивающим роликом 63 линейная скорость первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 была больше скорости каната 41, сходящего с самого верхнего слоя при полной укладке каната 41 на барабане 40. Следует также отметить, что выпуск каната 41 сопровождается уменьшением числа слоев каната 41 на барабане 40, в результате чего с увеличением длины выпущенной части каната 41 скорость его движения относительно первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 становится еще меньше. В случае жесткой связи между электродвигателем 30 и потягивающим валом 52 данное обстоятельство вызвало бы проскальзывание первого и второго подтягивающих роликов 63, 64 по канату 41 и обусловленные этим нежелательные эффекты, которые были описаны выше. Включение первой муфты 70 в кинематическую цепь между электродвигателем 30 и первым подтягивающим роликом 63 направлено на решение этой проблемы.
[37] Первая муфта 70 (Фиг. 3) представляет собой муфту предельного момента и способна передавать крутящий момент, ограниченный такой заданной величиной, при которой взаимодействие первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 с канатом 41 происходит без проскальзывания. В этих целях первая муфта 70 снабжена пружиной 71, ведущим валом 80 и ведомым валом 90. Пружина 71 при этом имеет фрикционную связь с ведущим валом 80 и контактирует своим концевым участком с ведомым валом 90.
[38] Ведущий вал 80 жестко соединен с шестерней 81, которая при выпуске каната 41 получает крутящий момент со стороны электродвигателя 30. Ведущий вал 80 включает в себя цилиндрический участок 82, в котором размещена пружина 71 (Фиг. 4). В ненагруженном состоянии пружины 71 ее внешний диаметр больше внутреннего диаметра цилиндрического участка 82, поэтому перед размещением в цилиндрическом участке 82 пружина 71 подвергается предварительному закручиванию. Стремясь раскрутиться, пружина своей внешней окружной поверхностью 72 прижимается к внутренней поверхности 83 цилиндрического участка 82 и образует с ним фрикционную связь. В контексте настоящего изложения под фрикционной связью вала и пружины понимается такое их соединение, при котором между валом и пружиной возникает тангенциально направленная сила трения покоя, способная передавать крутящий момент от одного из указанных элементов к другому.
[39] На первом концевом участке 73 пружины 71, например посредством пайки или сварки, закреплен первый упорный элемент 74, представляющий собой отрезок проволоки, которая аналогична проволоке, использованной для изготовления пружины 71. Первый упорный элемент 74 имеет первую опорную поверхность 75, обращенную в сторону навивки пружины 71. Второй упорный элемент 77, аналогичный первому упорному элементу 74, закреплен на втором концевом участке 76 пружины 71 и имеет вторую опорную поверхность (не отображена).
[40] Ведомый вал 90 жестко соединен с шестерней 91, которая при выпуске каната 41 передает крутящий момент на сторону первого подтягивающего ролика 63. Ведомый вал 90 выполнен в виде стержня, на котором неподвижно закреплены первая шайба 92 и вторая шайба 93. Закрепление первой шайбы 92 на ведомом валу 90 реализовано при помощи штифта, проходящего в радиальном направлении через ступицу первой шайбы 92 и тело ведомого вала 90. В свою очередь, вторая шайба 93 закреплена на ведомом валу 90 посредством шлицевого соединения, позволяющего регулировать ориентацию второй шайбы 93 в окружном направлении. Далее, на первой шайбе 92 выполнен вырез, образующий первый выступ 94, при этом аналогично выполненным вырезом со вторым выступом 95 снабжена также и вторая шайба 93.
[41] В ходе сборки первой муфты 70, после установки пружины 71 внутрь цилиндрического участка 82, посредством поворота ведомого вала 90 первая шайба 92 ориентируется так, чтобы первый выступ 94 упирался в первую опорную поверхность 75 первого упорного элемента 74. Обратим внимание, что окружная длина выреза на первой шайбе 92 больше окружной длины первого упорного элемента 74, т.е. своей торцевой поверхностью, которая противоположна первой опорной поверхности 75, первый упорный элемент 74 не касается первой шайбы 92.
[42] Далее, вторая шайба 93 устанавливается на шлицевой участок ведомого вала 90 так, чтобы второй выступ 95 упирался во вторую опорную поверхность второго упорного элемента 77. Аналогично описанному выше, окружная длина выреза на второй шайбе 93 больше окружной длины второго упорного элемента 77.
[43] Ведущий вал 80 включает в себя торцевую шайбу 85 (Фиг. 5), при этом шестерня 81 жестко прикреплена к торцевой шайбе 85 или выполнена с ней заодно. Торцевая шайба 85 прикреплена к цилиндрическому участку 82 ведущего вала 80 при помощи множества штифтов. В свою очередь, шестерня 91 закреплена на ведомом валу 90 при помощи шпонки 98.
[44] Вторая муфта 45 (Фиг. 2 и 3) расположена между электродвигателем 30 и первой муфтой 70. Вторая муфта 45 представляет собой обгонную муфту, которая способна передавать крутящий момент от ее ведущего вала на ведомый вал, когда ведущий вал вращается в одном определенном направлении, и способна прерывать передачу крутящего момента от ее ведущего вала на ведомый вал, когда ведущий вал вращается в обратном направлении. Другими словами, когда ведущий вал обгонной муфты вращается в указанном обратном направлении, его вращение является холостым. Специалисту в данной области техники известно множество вариантов конструкции обгонных муфт, и вторая муфта 45 может быть выполнена согласно любому из вариантов, подходящих для данного случая.
[45] В частности, вторая муфта 45 передает крутящий момент от ее ведущего вала, находящегося на стороне электродвигателя 30, к управляемому валу 46 (Фиг. 3), находящемуся на стороне первой муфты 70, когда ведущий вал муфты 45 вращается в первом направлении, т.е. при выпуске каната 41. Если же ведущий вал второй муфты 45 вращается во втором направлении, что наблюдается при уборке каната 41, то крутящий момент на управляемый вал 46 не передается.
[46] Далее, на управляемом валу 46 установлена третья муфта 47, которая представляет собой необратимую муфту, способную допускать вращение управляемого ей вала только в одном определенном направлении. Если же управляемый необратимой муфтой вал получает крутящий момент, побуждающий его вращаться в обратном направлении, то необратимая муфта неподвижно блокирует управляемый вал. Специалисту в данной области техники известно множество вариантов конструкции необратимых муфт, и третья муфта 47 может быть выполнена согласно любому из вариантов, подходящих для данного случая.
[47] Обратим внимание, что используемый здесь и далее термин «неподвижно», указывающий на состояние тех или иных элементов конструкции лебедки 1, означает неподвижность данных элементов относительно корпуса 20, если не указано иное.
[48] В частности, третья муфта 47 не препятствует вращению управляемого вала 46, когда он вращается в первом направлении, и неподвижно блокирует управляемый вал 46, когда он получает крутящий момент, действующий во втором направлении. Соответственно, при выпуске каната 41 крутящий момент от управляемого вала 46 передается далее по кинематической цепи в сторону подтягивающего вала 52. В результате этого первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64, получая крутящий момент от подтягивающего вала 52, вращаются в первом направлении и создают подтягивающее усилие на канате 41.
[49] С другой стороны, при уборке каната 41 первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 осуществляют вращение во втором направлении, получая крутящий момент от проходящего по ним каната 41 и передавая его на подтягивающий вал 52, первую муфту 70 и, наконец, на управляемый вал 46. Поскольку третья муфта 47 не допускает вращение управляемого вала 46 во втором направлении, то она неподвижно блокирует управляемый вал 46, вызывая неподвижную блокировку и ведущего вала 80 первой муфты 70. Однако это не приводит к остановке вращения первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 благодаря проскальзыванию пружины 71 по цилиндрическом участку 82.
[50] Лебедка 1 работает следующим образом.
При вращении барабана 40 на выпуск каната 41, вторая муфта 45 передает крутящий момент от электродвигателя 30 на управляемый вал 46, а третья муфта 47 не препятствует передачи крутящего момента от управляемого вала 46 на ведущий вал 80 первой муфты 70. В результате этого ведущий вал 80 вращается в первом направлении, отмеченном стрелкой 87, а цилиндрический участок 82 ведущего вала 80 через описанную выше фрикционную связь увлекает за собой пружину 71. Посредством своего первого упорного элемента 73, находящегося в контакте с первым выступом 94, пружина 71 передает крутящий момент на первую шайбу 92, т.е. на ведомый вал 90.
[51] Однако при воздействии на первый выступ 94 первый упорный элемент 73, а вместе с ним и первый концевой участок 72, воспринимают силу реакции первого выступа 94, которая действует на первый концевой участок 72 в окружном направлении пружины 71, соответствующем направлению ее закручивания. Поскольку закручивание пружины 71 уменьшает ее внешний диаметр, то фрикционная связь пружины 71 с цилиндрическим участком 82 ослабляется. При увеличении силы реакции первого выступа 94 до расчетной величины, которая превышает заданную величину передаваемого крутящего момента, пружина 71 начинает проскальзывать по внутренней поверхности 83 цилиндрического участка 82. Таким образом, фрикционная связь пружины 71 с цилиндрическим участком 82 способна передавать крутящий момент, ограниченный заданной величиной.
[52] Одновременно с этим второй выступ 95 создает упор для второго упорного элемента 77, что предотвращает поворот второго концевого участка 76 относительно ведомого вала 90. В результате этого пружина 71 закручивается по всей ее длине, способствуя более плавной работе первой муфты 70.
[53] От ведомого вала 90 первой муфты 70 крутящий момент через ряд зубчатых передач поступает на подтягивающий вал 52, а от него передается первому и второму подтягивающим роликам 63 и 64. Однако заданная величина крутящего момента, которая по существу является величиной предельного крутящего момента, передаваемого первой муфтой 70, установлена так, что взаимодействие первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 с канатом 41 происходит без проскальзывания. Другими словами, первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 получают такой крутящий момент, который меньше крутящего момента, необходимого для преодоления силы трения покоя между канатом 41 и подтягивающими роликами 63, 64. Весь избыточный крутящий момент, поступающий от электродвигателя 30, утилизируется в первой муфте 70.
[54] В результате этого первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64, вращаясь в первом направлении, по существу прокатываются по канату 41, и тем самым создают на канате 41 подтягивающее усилие только за счет силы трения качения. Ввиду гарантированного отсутствия взаимного проскальзывания первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64, а также канат 41 не подвержены износу в течение длительного времени.
[55] Следует отметить, что хотя проскальзывание пружины 71 по внутренней поверхности 83 цилиндрического участка 82 происходит непрерывно при выпуске всей длины каната 41, и как будет показано ниже - при уборке всей длины каната 41, это не приводит к заметному износу пружины 71 или цилиндрического участка 82. Данные элементы выполнены из твердой износостойкой стали, а их поверхности обработаны до минимального коэффициента трения. Заданная величина предельного крутящего момента, передаваемого первой муфтой 70, обеспечивается надлежаще подобранной упругой силой пружины 71, которая возникает в результате предварительного скручивания пружины 71 перед ее установкой в цилиндрический участок 82. Указанные факторы обеспечивает безотказную работу первой муфты 70 в течение всего срока службы лебедки 1.
[56] При вращении барабана 40 на уборку каната 41, вторая муфта 45, осуществляет холостое движение. Первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 при этом вращаются во втором направлении, получая крутящий момент от проходящего по ним каната 41 и передавая крутящий момент на подтягивающий вал 52 и далее на ведомый вал 90. Через первый выступ 94, выполненный на первой шайбе 92 и находящийся в контакте со первым упорным элементом 74, ведомый вал 90 передает крутящий момент на пружину 71, в то время как второй выступ 95 обеспечивает упор для второго упорного элемента 77. Посредством фрикционной связи с цилиндрическим участком 82 пружина 71 передает крутящий момент на ведущий вал 80, который блокируется ввиду невозможности вращения управляемого вала 46 во втором направлении.
[57] Однако заданная величина крутящего момента, т.е. предельный крутящий момент, который может быть передан за счет фрикционной связи пружины 71 и цилиндрического участка 82, меньше того крутящего момента, при котором первый и второй подтягивающие ролики 63, 64 могли бы преодолеть силу трения покоя с канатом 41 и начать проскальзывание.
[58] Когда крутящий момент на ведомом валу 90 превышает заданную величину, под действием усилия, оказываемого первым выступом 94 на первый упорный элемент 74, а вместе с ним и на первый концевой участок 73, пружина 71 начинает закручиваться. Поскольку закручивание пружины 71 уменьшает ее внешний диаметр, то фрикционная связь пружины 71 с цилиндрическим участком 82 ослабляется, и пружина начинает проскальзывать, обеспечивая первому и второму подтягивающим роликам 63 и 64 возможность продолжать вращение без проскальзывания по канату 41.
[59] Соответственно, при уборке каната 41 муфта 70 создает противодействие тяговому усилию со стороны барабана 40, что обеспечивается передачей на первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 противодействующего их вращению крутящего момента. Данный крутящий момент создает усилие, преодолеваемое канатом 41 при его движении к барабану 40 и тем самым обеспечивающее натяжение каната 41. Первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 при этом обеспечивают натяжение каната 41 только за счет силы трения качения, возникающей в результате обжатия ими каната 41.
[60] Таким образом, как при выпуске, так и при уборке каната 41 первый и второй подтягивающие ролики 63, 64 обеспечивают натяжение каната 41, прокатываясь по нему без проскальзывания, что исключает износ первого и второго подтягивающих роликов 63, 64, а также и самого каната 41.
[61] В описанной выше конфигурации лебедки 1 блок векторного управления электродвигателем способен обеспечивать вращение электродвигателя 30 в первом и втором направлениях, которые соответствуют направлениям вращения барабана 40 на выпуск и уборку каната 41. Однако это не является обязательным, в других случаях электродвигатель 30 может вращаться только в одном направлении, а вращение барабана 40 в обратном направлении может быть обеспечено посредством соответствующего переключения в редукторе 31.
[62] В описанной выше конфигурации лебедки 1 в качестве электродвигателя, способного приводить первый и второй подтягивающие ролики 63 и 64 во вращение, выступает электродвигатель 30, обеспечивающий привод для барабана 40. Однако это не является обязательным, для генерации крутящего момента, передаваемого на механизм натяжения каната, лебедка 1 может содержать отдельный электродвигатель.
[63] В описанной выше конфигурации лебедки 1 ведомый вал 90 муфты 70 расположен внутри ведущего вала 80, при этом пружина 71 через свою внешнюю окружную поверхность имеет фрикционную связь с внутренней поверхностью 83 ведущего вала 80. Однако это не является обязательным, например ведущий вал может быть расположен внутри ведомого вала, а фрикционная связь пружины с ведущим валом может быть обеспечена через внутреннюю окружную поверхность пружины и внешнюю поверхность ведущего вала.
[64] В описанной выше конфигурации лебедки 1 контакт первого и второго подтягивающих роликов 63 и 64 с канатом 41 обеспечен путем такого взаимного расположения указанных элементов, когда канат 41 проходит перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси первого и второго подтягивающих роликов 63. Однако это не является обязательным, в целях фиксации каната 41 может быть использована известная специалисту в данной области схема из множества роликов, которая обеспечивают фиксацию каната за счет многократного изменения направления движения каната и увеличения площади контакта каната с роликами. По меньшей мере часть данного множества могут составлять ролики, имеющие привод от электродвигателя.