УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА ГРУЗОВ ВЕРТОЛЕТОМ

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к подвесному оборудованию вертолетов, обеспечивающему выполнение строительно-монтажных работ (СМР), например, монтажа различных грузов - секций телерадиобашен, опор ЛЭП, дымовых труб, технологического оборудования промпредприятий и пр.
Известно устройство для монтажа грузов вертолетом, включающее систему внешней подвески, содержащей верхний замок вертолета, вертлюг, суммирующее звено с двумя сходящимися к нему связями, к которым присоединена траверса с грузовыми канатами на концах, и систему азимутальной ориентации груза, в которую входит траверса, к концам которой также прикреплены гибкие связи (тяговые тросы), присоединенные к исполнительным механизмам привода (патент РФ №2136547, кл. 6B64D 09/00, 1996). Такое исполнение ориентирующей системы обеспечивает возможность поворота траверсы по азимуту, но в ограниченном диапазоне: теоретически не более ±80°, а практически ±60°, что бывает недостаточным при выполнении СМР. Из-за этого возможны непроизводительные полеты на переподцепку груза.
Известно другое устройство для монтажа грузов вертолетом, которое является модернизированным вариантом первого аналога. Оно включает систему внешней подвески, содержащую верхний замок вертолета, вертлюг, суммирующее звено с двумя сходящимися к нему связями, к которым присоединена траверса с грузовыми канатами на концах, и систему азимутальной ориентации груза, выполненную в виде кольца, соединенного с траверсой посредством рамы с расположенными на ней двумя парами шарниров, обеспечивающих возможность колебаний кольца вокруг продольной и поперечной осей траверсы. Кольцо снабжено с внешней стороны канавкой, в которую уложены витки гибких связей (тяговых тросов), присоединенных к исполнительным механизмам привода, установленным на вертолете. Кроме того, на кольце смонтирована каретка, взаимодействующая с внутренней поверхностью кольца с возможностью качения по ней и снабженная с внешней стороны кольца отклоняющими блоками для гибких связей, выходящих из канавки (патент РФ №2176011, кл. 7Е04Р 12/34 и B64D 01/22, 1998). Это устройство может обеспечить повороты груза по азимуту до ±360°, что позволяет монтировать грузы при любом направлении ветра над местом монтажа. Но выявленный при испытаниях недостаток препятствовал выполнению реальных полетов на СМР, т.к. на переходных режимах, при ослаблении тяговых тросов возможно нестабильное положение кольца. В этих случаях кольцо может отклониться от рабочей плоскости, в которой расположены тяговые троса при натяжении. При больших отклонениях кольца не всегда возможно включение привода на его поворот по азимуту из-за нерасчетных положений некоторых узлов.
Известно другое устройство для монтажа грузов вертолетом, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому и являющееся прототипом. Оно включает систему внешней подвески, содержащую верхний замок вертолета, вертлюг, суммирующее звено с двумя сходящимися к нему связями, к которым присоединена траверса с грузовыми канатами на концах, и систему азимутальной ориентации груза, выполненную в виде кольца, соединенного с траверсой посредством рамы с расположенными на ней двумя парами шарниров, обеспечивающих возможность колебаний кольца вокруг продольной и поперечной осей траверсы, кольцо снабжено с внешней стороны канавкой, в которую уложены витки гибких связей (тяговых тросов), присоединенных к исполнительным механизмам привода, установленным на вертолете, на кольце смонтирована каретка, взаимодействующая с внутренней поверхностью кольца с возможностью качения по ней и снабженная с внешней стороны кольца отклоняющими блоками для гибких связей, выходящих из канавки (патент РФ на ПМ №198729, кл. B64D 1/22 и B64D 9/00, 2020). Для ограничения свободных колебаний кольца на обоих шарнирах в конструкцию устройства дополнительно введены упругие связи между кольцом, рамой и суммирующим звеном, причем концы одних упругих связей прикреплены к кольцу и к раме около продольных шарниров траверсы, а концы других упругих связей прикреплены к раме около поперечных шарниров и к суммирующему звену, что обеспечивает стабилизацию кольца в рабочем положении при поворотах траверсы по азимуту. Упругие связи выполнены в виде шнуровых резинотканных амортизаторов. Все эти конструктивные дополнения повышают работоспособность устройства на всех режимах работы, в т.ч. и на переходных. Однако шнуровые резинотканные амортизаторы частично заслоняют груз и ухудшают бортоператору его обзор через центральный люк вертолета Ми-26, в котором и до этого было много визуальных препятствий: верхний замок внешней подвески, кронштейны крепления верхнего замка к фюзеляжу, телевизионная камера и пр. Кроме того, резинотканные амортизаторы под действием ГСМ разбухают и разрушаются, что может сократить срок эксплуатации устройства в целом.
Задачей предлагаемого технического решения является доработка прототипа за счет совершенствования взаимосвязи кольца с другими узлами для повышения удобства эксплуатации устройства в полете, например, улучшения обзора груза при выполнении его монтажа, а также для повышения срока работоспособности устройства в целом. При предлагаемой новой форме исполнения упругих связей кольца с рамой и траверсой и с изменением их взаимосвязи сохранена реальная возможность поворота конструкций по азимуту на необходимый угол (до ±360° и более), что может обеспечить сокращение времени выполнения СМР за счет лучшей визуализации процесса монтажа груза. Техническим результатом является повышение производительности вертолета на СМР.
Предлагаемое устройство для монтажа грузов вертолетом, как и прототип, включает систему внешней подвески, содержащую верхний замок вертолета, вертлюг, суммирующее звено с двумя сходящимися к нему связями, к которым присоединена траверса с грузовыми канатами на концах, и систему азимутальной ориентации груза, выполненную в виде кольца, соединенного с траверсой посредством рамы с расположенными на ней двумя парами шарниров, обеспечивающих возможность колебаний кольца вокруг продольной и поперечной осей траверсы. Кольцо снабжено с внешней стороны канавкой, в которую уложены витки гибких связей, присоединенных к исполнительным механизмам привода, установленным на вертолете, на кольце смонтирована каретка, взаимодействующая с внутренней поверхностью кольца с возможностью качения по ней и снабженная с внешней стороны кольца отклоняющими блоками для гибких связей, выходящих из канавки. Для стабилизации кольца установлены упругие связи, ограничивающие колебания кольца на обоих шарнирах, Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что упругие связи выполнены в виде пружин кручения, смонтированных внутри шарниров.
Шарниры могут быть выполнены в виде пустотелых цапф, одна пара из которых закреплена на концах траверсы, а другая - на кольце, и сопряженных с ними втулок, закрепленных на раме. Причем пружины кручения размещены внутри цапф, один крайний виток пружин кручения прикреплен к цапфе, а другой крайний виток прикреплен к втулке.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 - общий вид вертолета сбоку с устройством для монтажа конструкций; на фиг. 2 - вид на устройство для монтажа конструкций сверху (без вертолета); на фиг. 3 - продольный шарнир траверсы в разрезе; на фиг. 4 - поперечный шарнир в разрезе (повернуто).
Устройство для монтажа грузов вертолетом 1, включает два основных узла: систему двухзамковой внешней подвески и систему азимутальной ориентации груза. Внешняя подвеска содержит верхний замок 2, к которому посредством промежуточных звеньев (наконечник, вертлюг-токосъемник и др.) присоединено суммирующее звено 3, к которому прикреплены две сходящиеся связи 4 с присоединенной к ним траверсой 5. К концам траверсы 5 прикреплены грузовые канаты 6 с грузодержателями - электрозамками 7 в нижних точках. Система азимутальной ориентации груза выполнена в виде кольца 8 и рамы 9, связанных с траверсой 5 посредством пары продольных шарниров (их ось совмещена с продольной осью траверсы) и пары поперечных шарниров (их ось поперек траверсы). Шарниры могут быть выполнены из закрепленных на раме 9 втулок 10, сопрягаемых с пустотелыми цапфами 11, одна пара из которых жестко закреплена на концах траверсы 5, а другая - на кольце 8 (фиг. 3 и 4). Для ограничения возможных колебаний кольца 8 в двух плоскостях внутри цапф 11 размещены пружины кручения 12, один крайний виток которых посредством болта 14 зафиксирован относительно цапф 11. Противоположный крайний виток пружин 12 связан с втулками 10 посредством установленных на концах цапф 11 с возможностью вращения пробок 15 с болтами 16.
Кольцо 8 снабжено с внешней стороны канавкой 17, в которую могут быть уложены витки двух гибких связей 18, например, тяговых тросов. Одни концы обеих гибких связей 18 закреплены на кольце 8 и навиты на нем в противоположных направлениях, а другие концы подсоединены к приводным механизмам, например, к двум лебедкам 19. При одинаковой длине витков от левой и правой ветвей гибких связей 18, запасованных на кольцо 8, обеспечены одинаковые углы поворота кольца, как по часовой, так и против часовой стрелки. Например, при намотке по одному витку с обеих ветвей обеспечиваются углы поворота кольца 8 в диапазоне +360°. Кроме того, на кольце 8 может быть смонтирована каретка 20 с отклоняющими блоками 21, размещенными снаружи кольца 8 у его канавки 17. Гибкие связи 18 после выхода из канавки 17 огибают блоки 21, что обеспечивает увеличение угла охвата кольца 8 обеими ветвями гибких связей 18. Каретка 20 с помощью роликов 22 имеет возможность перекатывания по внутренней поверхности кольца 8. Для управления из кабины электрозамками 7 (отцепкой) предусмотрена электросистема двухзамковой внешней подвески.
Устройство работает следующим образом. После взлета вертолета 1 и зависания над грузом, например, над конструкцией 23, траверсу 5 ориентируют так, чтобы совместить электрозамки 7 со строповочными узлами груза. Этого достигают включением лебедок 19 во встречных направлениях. Кольцо 8, благодаря продольным и поперечным шарнирам под действием усилия в тянущей ветви - одной из гибких связей 18 отклоняется от горизонтального положения и устанавливается в плоскости действия тягового усилия. При этом, благодаря возможности поворота всей внешней подвески на вертлюге-токосъемнике, кольцо 8 поворачивается по азимуту на необходимый угол в плоскости действующих тяговых сил, т.е. в плоскости расположения гибких связей 18. При этом траверса 5 совершает поворот в горизонтальной плоскости, т.к. под действием веса внешней подвески (с грузом или без него) всегда расположена горизонтально. Такая кинематика обеспечивается наличием разнесенного карданного узла в виде двух пар шарниров. При этом число витков тянущей (активной) ветви гибкой связи 18 в канавке 17 уменьшается (свивается), а число витков от пассивной ветви - другой гибкой связи 18 увеличивается (навивается). Изменение направления действия лебедок 19 приводит к перематыванию витков на кольце 8 в обратном порядке, и оно вращается в противоположном направлении. Пружины кручения 12 не препятствуют этому, изменяя свою закрутку в соответствии с изменяющимся углом наклона кольца 8 при его повороте на шарнирах, но не давая ему совершать наклоны на большие углы из-за роста сил упругости в пружинах. Крутящий момент от кольца 8 через шарниры и раму 9 передается на траверсу 5, которая занимает необходимое положение по азимуту, например, вдоль продольной оси вертолета (см. фиг. 1). После наведения электрозамков 7 на строповочные узлы на грузе вручную производят его подцепку к ним.
После подцепки и подъема груза 23 с земли его транспортируют вертолетом к месту монтажа. Возмущающие моменты, пытающиеся вывести груз из заданного положения в полете, через канаты 6 передаются на траверсу 5, которая через шарниры и раму 9 передает их на кольцо 8. Повороту последнего по азимуту препятствует одна или обе ветви гибких тяг 18. В результате положение груза в полете стабилизируется. При ослаблении в полете гибких тяг 18 пружины кручения 12 удерживают кольцо 8 в положении близком к горизонтальному, и все узлы системы азимутальной ориентации груза находятся в работоспособном положении.
При зависании вертолета 1 с грузом 23 над местом монтажа, например над фундаментом, устраняют рассогласование между фактическим и проектным положением груза. Включением лебедок 19 во встречных направлениях производят перемотку обеих ветвей гибких тяг 18, одна из которых сматывается, а другая - наматывается на кольцо 10. При необходимости груз поворачивают на угол меньше или больше 180°. Например, если при смене направления ветра на противоположное (что часто бывает в горах) в процессе монтажа, необходимо развернуть вертолет против ветра, то чтобы вернуть груз 23 в необходимое положение над фундаментом может потребоваться его поворот на угол до 360°. После согласования по азимуту с фундаментом груз 23 устанавливают снижением вертолета 1. Завершив установку груза на фундамент, из кабины вертолета производят отцепку от груза, открыв электрозамки 7, и направляют вертолет на посадку.
Перед посадкой устройство переводят из рабочего в посадочное положение, подтягивая его к фюзеляжу, т.е. складывают так, чтобы оно принимало минимальные габариты и не препятствовало посадке вертолета. Упругие связи, выполненные в виде пружин кручения 12, обеспечивают установку кольца в необходимое положение (т.е. в плоскости действия тяговых усилий в гибких связях 18) как в полете, так и при посадке, обеспечивая его колебания в рабочем диапазоне.
Предлагаемая конструкция устройства при минимизации размеров упругих связей с возможным увеличением их срока эксплуатации, а также при новой взаимосвязи кольца с другими элементами устройства надежно обеспечивает повороты груза по азимуту на необходимые углы. Благодаря пружинам кручения 12, устройство сохраняет работоспособность на всех режимах работы, в т.ч. и на переходных. Использование упругих связей в виде пружин кручения, установленных внутри шарниров, сократило число препятствий в секторе наблюдения и может улучшить визуализацию груза из центрального люка и, как следствие, будет способствовать повышению производительности работ.