ЯКОРНО-ШВАРТОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ANCHOR-MOORING MECHANISMS

Описываемое предполагаемое изобретение относится к судовому машиностроению, а конкретно к палубным механизмам, выполняющим якорно-швартовные операции при стоянке судна на рейде или у причала порта. Это одноякорный брашпиль (грузовой вал расположен горизонтально), якорно-швартовный, якорный и швартовный шпили (грузовой вал расположен вертикально). На грузовом валу установлены гладкий коноидальный швартовный барабан (турачка) и цепная звездочка. Грузовой вал вращается электроприводом, состоящим из электродвигателя и редуктора (может быть гидропривод - гидромотор с редуктором). Брашпиль целиком устанавливается на палубе судна. Для повышения эстетичности и живучести механизма привод шпиля обычно крепится под палубой судна.
Известен двухъякорный брашпиль, содержащий грузовой вал сплошного поперечного сечения, на котором неподвижно закреплены две турачки и свободно установлены две цепные звездочки, имеющие тормозной шкив ленточного тормоза и элемент кулачковой муфты. Звездочка соединяется с грузовым валом вторым элементом кулачковой муфты, закрепленным на грузовом валу подвижно вдоль его оси. Грузовой вал установлен опорными стойками на палубный фундамент, также на фундамент установлен привод грузового вала, состоящий из электродвигателя и червячно-цилиндрического редуктора.
Выполнив грузовой вал с одной турачкой и одной звездочкой, такая компоновочная схема пригодна для одноякорного брашпиля. Для шпилей эта компоновочная схема непригодна, так как такой привод грузового вала невозможно установить под палубой судна.
Известен якорно-швартовный шпиль, содержащий полый грузовой вал на котором закреплена турачка подвижно вдоль его оси, имеющая элемент кулачковой муфты. Цепная звездочка, имеющая тормозной шкив ленточного тормоза и элемент кулачковой муфты, установлена свободно на грузовом валу и соединяется с грузовым валом подвижным элементом кулачковой муфты турачки. Привод грузового вала состоит из фланцевого электродвигателя и червячно-псевдопланетарного редуктора. Грузовой вал установлен в палубном стакане, при этом турачка и цепная звездочка расположены над палубой судна, а привод грузового вала крепится к стакану под палубой, причем выходной вал редуктора привода соединяется с грузовым валом шлицевым соединением.
У якорного шпиля (турачка отсутствует) цепная звездочка соединяется с грузовым валом подвижным элементом кулачковой муфты, закрепленным на грузовом валу подвижно вдоль его оси, а в остальном компоновочная схема подобна схеме якорно-швартовного шпиля.
Усложненная компоновочная схема якорно-швартовного шпиля для одноякорного брашпиля нерациональна.
У швартовного шпиля (цепная звездочка отсутствует) турачка неподвижно закреплена на грузовом валу сплошного поперечного сечения, редуктор привода грузового вала - планетарный. (см. Г.Ф. Каменев, Г.Р. Кипарский, В.М. Балин «Подъемно-транспортные машины и палубные механизмы», Изд. «Судостроение», Ленинград, 1976, Рис. 92…94, 98, 104, 107, стр. 183…185, 190, 197, 200). Указанные якорно-швартовные механизмы имеют низкую степень унификации конструкций и, следовательно, высокую себестоимость их изготовления, редукторы имеют высокие массо-габаритные показатели, а при наличии червячной передачи - низкий коэффициент полезного действия ≈70%.
Также известно якорно-швартовное устройство, содержащее два полых грузовых вала (правого и левого борта судна) на каждом из которых установлены свободно турачка, имеющая тормозной шкив ленточного тормоза и неподвижно закреплена цепная звездочка, имеющая тормозной шкив ленточного тормоза. Грузовые валы установлены на стойки-рамы, а в каждую турачку встроен редуктор с волновой зубчатой передачей таким образом, что жесткое колесо неподвижно соединено с корпусом турачки, гибкое колесо соединено с грузовым валом зубчатой муфтой, а генератор волн соединен с электродвигателем дополнительным валом, установленным внутри полого грузового вала. Электродвигатель с двумя выходными концами вала установлен на проставке между стойками-рамами, (см. а.с. SU 1062109 А, В63В 21/00)
Такая компоновочная схема пригодна для одноякорного брашпиля, якорно-швартовного и швартовного шпилей. Имеет высокую степень унификации конструкций, низкие массо-габаритные показатели, но имеет значительные недостатки:
1) при отдаче якоря (свободном его падении) на большой скорости вращаются цепная звездочка с грузовым валом, турачка с редуктором, при этом, если у двигателя нет тормоза, вращается дополнительный вал с валом электродвигателя, который работает в генераторном режиме, что отрицательно влияет на работу его электроцепи; при наличии у двигателя тормоза, деформируются гибкое колесо и гибкий подшипник волновой передачи редуктора, что снижает ресурс его работы;
2) редуктор в турачке шпиля расположен над палубой корабля, что снижает живучесть механизма;
3) выполнить по такой компоновке якорный шпиль невозможно, так как нет турачки - нет редуктора привода грузового вала;
4) полый грузовой вал с дополнительным валом внутри усложняет конструкцию;
5) сложное управление механизмом.
В качестве прототипа выбран брашпиль у которого грузовой вал выполнен из трех частей, при этом средняя часть вала соединена с крайними его частями зубчатыми муфтами, причем обойма одной из муфт неподвижно соединена с гибким колесом волновой зубчатой передачи. Жесткое колесо передачи неподвижно закреплено в корпусе редуктора, а генератор волн соединен с валом электродвигателя конической передачей.
На крайних частях грузового вала, выполненных со сплошным поперечным сечением, неподвижно установлена турачка и подвижно-цепная звездочка, имеющая тормозной шкив ленточного тормоза и элемент кулачковой муфты. Другой элемент муфты закреплен на части вала подвижно вдоль его оси.
Крайние части грузового вала опорными стойками установлены на судовой фундамент, также на фундамент установлен редуктор электропривода грузового вала. (см. а.с. SU 874 453 В63В 21/16)
Исключив среднюю часть грузового вала, такая компоновочная схема пригодна для одноякорного брашпиля и шпилей. Имеет высокую степень унификации конструкций, невысокие массогабаритные показатели редуктора привода грузового вала, но имеет следующие недостатки:
1) для получения высокого коэффициента полезного действия волновой зубчатой передачи, гибкое колесо должно быть выполнено в виде цилиндра L=0,8…1d, где L - длина цилиндра, d - внутренний диаметр гибкого колеса, что увеличивает корпус редуктора и увеличивает в целом его массогабаритные показатели, также увеличивает эти показатели коническая передача;
2) для одноякорного брашпиля и шпилей коническая передача не требуется, так как одна волновая зубчатая передача полностью обеспечивает передаточное число редуктора привода механизмов.
Цель изобретения - повышение степени унификации конструкций якорно-швартовных механизмов, увеличив количество их одинаковых элементов, применив однотипный редуктор их привода, а также снижение массогабаритных показателей редуктора привода механизмов.
Поставленная цель достигается тем, что на грузовом валу, со сплошным поперечным сечением, неподвижно закреплена турачка, а цепная звездочка, с выполненным на ней элементом кулачковой муфты, установлена свободно и соединяется с валом другим элементом кулачковой муфты, закрепленным на валу подвижно вдоль его оси.
Опоры грузового вала швартовного шпиля выполнены в конусообразной стойке, которая крепится на палубе к палубному стакану, у якорно-швартовного и якорного шпилей одна опора грузового вала установлена в башнеобразный стойке, которая крепится на палубе к палубному стакану, а другая - в палубном стакане.
Привод грузового вала выполнен в виде мотор-редуктора, состоящего из двигателя с фланцевым креплением и редуктора с волновой зубчатой передачей, выполненной по патенту на изобретение №2665977, RU 2665977 С1, у которой гибкое колесо имеет форму кольца, на торце которого нарезаны бочкообразные зубья, взаимодействующие с прямобочными зубьями четырех секторов, соединенных с ведомым валом частями (дольками) двойной зубчатой муфты, кроме элемента муфты ведомого вала, выполненного целым, а генератор волн соединен с выходным концом вала двигателя двойной зубчатой муфтой. Корпус редуктора у брашпиля крепится лапами к кронштейну, выполненному на опорной стойке, со стороны тормозного шкива цепной звездочки, а у шпилей - фланцем к палубному стакану под палубой судна.
Техническая сущность повышения степени унификации конструкций якорно-швартовных механизмов и уменьшения массогабаритных показателей редуктора их привода поясняется чертежом на котором:
Фиг. 1 - показаны одноякорный брашпиль, якорно-швартовный шпиль - компоновочные схемы;
Фиг. 2 - показаны якорный шпиль, швартовный шпиль - компоновочные схемы;
Фиг. 3 - показан мотор-редуктор привода механизмов, продольный разрез;
Фиг. 4 - разрезы А-А и Б-Б на Фиг. 3.
Якорно-швартовные механизмы состоят из грузового вала 1, 2, 3; турачки 4, цепной звездочки 5, на которой выполнены тормозной шкив ленточного тормоза и элемент кулачковой муфты, а другой элемент 6 муфты закреплен на грузовом валу подвижно вдоль его оси. Грузовой вал 1 брашпиля двумя опорными стойками 7, 8 установлен на палубный фундамент 9.
Одна опора грузового вала 1, 2 якорно-швартовного и якорного шпилей выполнена в башнеобразной стойке 10, а другая - в палубном стакане 11. Опоры грузового вала 3 швартовного шпиля выполнены в конусообразной стойке 12, которая крепится к палубному стакану 13. Привод грузового вала всех якорно-швартовных механизмов выполнен в виде мотор-редуктора 14, 15, состоящего из двигателя и редуктора с волновой зубчатой передачей, у которой гибкое колесо 16 имеет форму кольца на торце которого нарезаны бочкообразные зубья 17, взаимодействующие с прямобочными зубьями 18 четырех секторов 19, соединенных с ведомым валом 20 четырьмя частями (дольками) 21, 22 двойной зубчатой муфты, кроме элемента муфты ведомого вала, выполненного целым, при этом генератор волн 23 гибкого колеса 16 соединен с валом двигателя 24 мотор-редуктора двойной зубчатой муфтой 25. Выходной конец ведомого вала редуктора соединен с грузовым валом зубчатой муфтой 26, 27. Корпус редуктора 28 у брашпиля крепится лапами к кронштейну 29, выполненному на опорной стойке грузового вала со стороны тормозного шкива цепной звездочки, а у шпилей - фланцем к палубному стакану 11, 13 под палубой судна.
Работа одноякорного брашпиля и якорно-швартовного шпиля:
1. при отдаче якоря (привод грузового вала выключен, кулачковая муфта цепной звездочки разомкнута, а ленточный тормоз замкнут) размыкается ленточный тормоз цепной звездочки и якорь под действием силы веса опускается на грунт, вращая цепную звездочку; для уменьшения скорости падения якоря цепная звездочка подтормаживается; после постановки якоря ленточный тормоз цепной звездочки замыкается;
2. при подъеме якоря замыкается кулачковая муфта цепной звездочки, а ленточный тормоз размыкается; включается привод грузового вала, вращая цепную звездочку и поднимая якорь; после подъема якоря привод грузового вала выключается, ленточный тормоз цепной звездочки замыкается, а кулачковая муфта размыкается.
3. при швартовке включается привод грузового вала, вращая турачку; после швартовки привод грузового вала выключается.
Работа якорного шпиля аналогична якорным операциям якорно-швартовного шпиля.
Работа швартовного шпиля аналогична работе якорно-швартовного шпиля при швартовке.