УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ В КАНАТЕ СУДОВОЙ ЛЕБЕДКИ

Полезная модель относится к области судового машиностроения, а именно к лебедкам буксирным и швартовным, с автоматическими устройствами для вытравливания каната с барабана при увеличении натяжения сверх допустимого и для выбирания каната при появлении слабины. Устройства измерения усилий в канате необходимы при эксплуатации судовых лебедок, обеспечивающих буксировку (швартовку) на взволнованном море.
Известно автоматическое следящее устройство, препятствующее возникновению в канате предельных тяговых усилий, состоящее из редуктора, реактивного рычага устройства автоматического управления, электромагнитного и ленточного тормозов. (Гурович А.Н. Судовые устройства. Справочник., Л., 1967.)
Недостатками известного технического решения являются отсутствие данных о величине и способе измерения усилий в канате и незначительная длина каната (10-15 м).
Известно также силоизмерительное устройство автоматической буксирной лебедки (Сисин В.Д. Автоматизация вспомогательных механизмов и систем. Новосибирск, 2003.), представленное в виде редуктора, силовой пружины, штока, кулисы и траверсы с датчиками, которая входит в зацепление с кулисой. Силоизмерительное устройство связано с корончатым колесом планетарной передачи лебедки посредством коромысла, выведенного за пределы редуктора лебедки. При установившемся режиме момент на грузовом валу лебедки от силы натяжения каната уравновешен моментом на коромысле, т.е. на корончатом колесе планетарной ступени редуктора вследствие противодействия силовой пружины. При изменении тягового усилия в канате равновесие сил нарушается, траверса разворачивается, и от датчиков поступают сигналы на восстановление тягового усилия.
Недостатком известного технического решения является его конструктивная сложность, кроме того, в нем не конкретизирован процесс получения и передачи сигнала, приходящего от кулисы, в систему управления лебедкой. Все это ведет к снижению надежности и точности действия механизма. Кроме того, данное устройство не может использоваться для измерения больших тяговых усилий в канате.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является силоизмерительное устройство автоматической швартовной лебедки фирмы «Товимор» (Республика Польша), представленной на сайте фирмы «Транс-Сервис»: http://www.trans-service.org/ru.php?section=info&page=s_s_u&subpage=sud_vspom_meh_04-03, принятое за прототип.
В прототипе зубчатый венец планетарной передачи четвертой ступени редуктора лебедки является элементом силоизмерительного устройства. В состав устройства входят также пружина, размещенная в цилиндре, шток, соединенный с помощью рычага с зубчатым венцом планетарного редуктора четвертой ступени, и рычажно-роликовая система. Силоизмерительное устройство измеряет величину усилия в канате.
Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является конструктивная сложность и многоступенчатость рычажнороликовой системы, снижающие надежность устройства и точность измерения действующих на канат усилий.
Это устройство также не позволяет его использование для измерения больших усилий в канате, 10 тc и более.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание надежного устройства измерения усилия в канате судовой лебедки, обеспечивающего измерение различных по величине усилий, возникающих в канате.
Техническим результатом заявляемого устройства является упрощение его конструкции и снижение материалоемкости, повышение надежности, расширение диапазона значений измеряемых усилий (до 200 тc), повышение точности измерения, снижение риска возникновения аварийных ситуаций при воздействии на канат внезапно возникающих пиковых усилий, превышающих предельно допустимые.
Указанный технический результат заявляемого устройства достигается тем, что устройство измерения усилия в канате судовой лебедки содержит зубчатый венец планетарного редуктора, пружину, размещенную в цилиндре и соединенную посредством штока с рычагом, а также вторую пружину, причем первая и вторая пружины выполнены в виде пружинных амортизаторов, один из которых замкнут на тензометрический датчик, а другой соединен с упором в фундаменте лебедки, при этом дополнительно введен ленточный тормоз, затянутый на зубчатом венце планетарного редуктора грузовым винтом и соединенный рычагами с пружинными амортизаторами, отрегулированный на номинальный тормозной момент с возможностью проворота барабана лебедки от неполного оборота до нескольких под воздействием внешней нагрузки, превышающей номинальное тяговое усилие судовой лебедки, а пружинные амортизаторы выполнены в виде пакета тарельчатых пружин, насаженных на размещенные в цилиндрических корпусах штоки, верхние концы которых соединены с рычагами, прикрепленными к ленточному тормозу, при этом тарельчатые пружины поджаты до номинального тягового усилия судовой лебедки.
Конструктивное исполнение устройства измерения усилия в канате судовой лебедки показано на прилагаемых чертежах:
- на фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе по планетарному редуктору;
- на фиг.2 показана кинематическая схема устройства.
Устройство включает в себя зубчатый венец 1 планетарного редуктора, пружину 2, размещенную в цилиндре 3 и соединенную посредством штока 4 с рычагом 5. В устройство введена вторая пружина 6, причем первая 2 и вторая 6 пружины, заключенные в свои цилиндрические корпуса 3 и 7 со штоками 4 и 8, поджаты до номинального тягового усилия судовой лебедки и выполняют роль пружинных амортизаторов, один из которых замкнут на тензометрический датчик 9, а другой соединен с упором 10 в фундаменте 11 судовой лебедки. Устройство содержит ленточный тормоз 12, затянутый на зубчатом венце 1 планетарного редуктора грузовым винтом 14 и соединенный рычагами 5 и 13 с пружинными амортизаторами, отрегулированный на номинальный тормозной момент с возможностью проворота барабана лебедки от неполного оборота до нескольких под воздействием внешней нагрузки, превышающей номинальное тяговое усилие судовой лебедки. Пружинные амортизаторы выполнены в виде пакета тарельчатых пружин 2 и 6, насаженных на размещенные в цилиндрических корпусах 3 и 7 штоки 4 и 8, верхние концы которых соединены с рычагами 5 и 13, прикрепленными к ленточному тормозу 12, при этом тарельчатые пружины 2 и 6 поджаты до номинального тягового усилия судовой лебедки гайками 15 и 16, завернутыми на штоки 4 и 8 соответственно.
Устройство работает следующим образом:
При затянутом ленточном тормозе 12 с помощью грузового винта 14 и действии номинальной нагрузки P (фиг.2) зубчатый венец 1 планетарного редуктора лебедки остается неподвижным. Механизм работает как обычная планетарная передача. Если произойдет внезапное увеличение динамической нагрузки на канат, например, от ударной волны моря по буксируемому судну, то увеличится крутящий момент на зубчатом венце 1 планетарного редуктора. Это вызовет временную деформацию тарельчатых пружин 2 и 6, удерживающих ленточный тормоз 12. Ленточный тормоз 12 повернется на небольшой угол «α» (фиг.2) вместе с зубчатым венцом 1, что вызовет поворот барабана судовой лебедки в сторону травления каната и нагрузка на него снизится. После снятия с каната динамической нагрузки ленточный тормоз 12 вместе с зубчатым венцом 1 возвратятся тарельчатыми пружинами 2 и 6 в исходное положение.
В случае если действие ударной нагрузки на канат превысит номинальный тормозной момент, определяющий величину усилия затяжки ленточного тормоза 12, то произойдет проворот барабана судовой лебедки относительно ленточного тормоза от неполного оборота до нескольких (на время действия ударной нагрузки).
Барабан будет вращаться в сторону травления грузового каната, предотвращая его обрыв до тех пор, пока создаваемый тарельчатыми пружинами 2 и 6 реактивный момент не уравновесится моментом на зубчатом венце 1 планетарного редуктора. После снятия динамической нагрузки с каната ленточный тормоз 12 вместе с зубчатым венцом 1 возвратятся тарельчатыми пружинами 2 и 6 в исходное положение.
Способность заявленного устройства контролировать усилие в канате судовой лебедки и устранять воздействие ударных нагрузок на канат гарантирована простотой и надежностью его конструкции, обеспечивающей точность измерения.
Устройство измерения усилия в канате судовой лебедки, благодаря предложенной кинематической схеме с тензометрическим датчиком, двумя совместно работающими амортизаторами в виде тарельчатых пружин и ленточным тормозом позволяет измерять и контролировать значительно большие усилия в канате с точностью измерения, превосходящей точность по прототипу.
При этом амортизаторы с уменьшенными массогабаритными характеристиками воспринимают 50%-ную нагрузку каждый, но, работая совместно, компенсируют 100%-ную нагрузку, действующую на канат.
Это позволит обеспечить лебедке более компактное и эргономичное размещение на судне.
Предложенное устройство измерения усилия в канате судовой лебедки включено в технический и рабочий проекты типоряда буксирных лебедок с большими номинальными тяговыми усилиями в канате (до 200 тc), выполненные по техническому заданию Департамента судостроительной промышленности и морской техники Министерства промышленности и торговли РФ (Минпромторг России) в соответствии с Государственным контрактом №11411.1007400.09.065 от 16.05.2011. «Разработка на базе современных технологий типоряда автоматизированных конкурентоспособных буксирных лебедок нового поколения для буксировки судов различного водоизмещения» (шифр «Лебедка»), заключенным между Минпромторгом России и ОАО «Пролетарский завод», согласно которому изготовление образца судовой лебедки планируется в 2013 году.