КАТУШКА ДЛЯ БЕЗЫНЕРЦИОННОЙ РАЗМОТКИ КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к конструкциям безынерционных катушек с оптическим или электрическим кабелем, предназначенных для телеуправления движущимися объектами в воде, воздухе и безвоздушном пространстве, а также для передачи информации между ними.
Из предшествующего уровня техники известны каркасные конструкции безынерционных катушек с рядовой намоткой кабеля (виток к витку) и с устройством, обеспечивающим заданное натяжение кабеля при его размотке (патент США N4271761, F42B 13/56, публ. 1981 г. [1]; патент РФ RU 2118792, С1 F42B 15/04, публ. 1998 г. [2]), а также с приклеиванием витков кабеля (патент РФ RU 2334941, С1 F42B 15/04, F41G 7/32, публ. 2008 г. [3]).
Приклеивание витков или устройство для создания заданного натяжения предназначено для обеспечения устойчивой размотки кабеля (без запутывания) и исключения спадания витков при вибрациях и ударах (ускорениях) катушки.
Очевидны негативные следствия технических решений, связанных с приклеиванием витков намотки. Это, в частности, - усложнение и удорожание технологического процесса намотки кабеля на катушку (требуются подогрев; тщательное соблюдение технологического режима - температуры, скорости, влажности и т.д.); малая скорость намотки - десятки часов для намотки 1 км кабеля).
Для больших длин кабелей (десятки километров), что в настоящее время является актуальной задачей для соответствующих видов техники, неизбежно возникает задача минимизации диаметра кабеля (для обеспечения размещения катушки в заданных габаритах ее носителя). Значительное увеличение натяжения кабеля и уменьшение его радиуса изгиба в месте отрыва (отклеивания) от катушки в случае приклеивания витков обусловливает предъявление дополнительных (избыточных) требований к кабелю - по параметрам внешней оболочки, допустимому радиусу изгиба, стойкости к растягивающему усилию, что препятствует минимизации диаметра используемого кабеля: Особенно актуально это для оптических кабелей (ОК), для которых уменьшение радиуса изгиба и увеличение натяжения критично не только с точки прения прочности оптического волокна, но также с точки зрения характеристик передачи кабеля и его надежности.
Недостатком (ограничением области использования) конструкций, снабженных устройствами, обеспечивающими заданное натяжение кабеля при его размотке [1, 2] - только для обеспечения его устойчивой размотки, - является именно создание дополнительного натяжения кабеля, нежелательного и/или недопустимого с точки зрения механической прочности и характеристик передачи оптического кабеля, особенно, с учетом влияния нагрузок на кабель со стороны окружающей среды (воздуха, воды) при размотке больших длин кабеля.
Наиболее близкими к полезной модели являются конструкции, обеспечивающие безынерционную размотку кабеля без использования склеивания витков или устройств, обеспечивающих заданное натяжение кабеля при его размотке (первые варианты решения задач по телеуправлению реактивными снарядами по кабелю), в частности, конструкция хвостового отсека управляемого реактивного снаряда 9М116 комплекса «Метис» [4]).
Данная конструкция представляет из себя каркас, расположенный на корпусе стартового двигателя снаряда, на каркасе расположена параллельная намотка (виток к витку) электрического кабеля (определение параллельной обмотки см. в сноске 1 на стр. 1-4 описания), один конец которого - от внутреннего слоя намотки - соединен с отсеком управления («неподвижная часть»), второй конец - от внешнего слоя намотки - соединен с блоком управления снаряда («подвижная часть»).
Недостатки подобных конструкции:
- большой «разлет» кабеля при размотке в объектах с ограниченным свободным пространством (фиг. 1), который при наличии близко расположенных механизмов или предметов (например, в блоках с ограниченными габаритными размерами) может приводить к запутыванию и обрыву кабеля, а также к увеличению сопротивления размотке (натяжению кабеля) при размотке в воде или воздухе; указанный недостаток относится также к конструкциям с приклеиванием витков кабеля [3];
- недостаточная надежность размотки кабеля - его запутывание при «неправильном» сходе витков при вибрациях и ускорениях носителя.
Задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является создание относительно простой конструкции безынерционной катушки, которая позволит минимизировать габаритные размеры блоков, предназначенных для ее размещения, с обеспечением надежной безынерционной размотки оптического кабеля (при необходимости, также - электрического и комбинированного) без ухудшения его характеристик передачи.
На фиг. 1-2 представлены схемы, поясняющие сущность полезной модели и отдельных аспектов решаемой задачи.
На фиг. 1 показана схема размотки кабеля для известных конструкций безынерционных катушек без устройств, обеспечивающих дополнительное натяжение кабеля (в частности, [4]), иллюстрирующая «разлет» кабеля при размотке.
На фиг. 2 показана принципиальная схема конструктивного исполнения безынерционной катушки по заявленной полезной модели.
На фиг. 2 используются следующие обозначения:
1 - намотка кабеля;
2 - полый вал катушки;
3 - передняя щека катушки;
4 - направляющая область передней щеки в виде «воронки»;
5 - опорная щека катушки;
6 - внешний кожух;
7 - конец кабеля, предназначенный для соединения с подвижным относительно катушки объектом.
В предлагаемой реализации катушки (фиг. 2) технический результат достигается тем, что вал 2 катушки выполнен полым, передняя щека 3 представляет собой тело вращения и содержит направляющую область 4, выполненную в виде «воронки» и расположенную соосно с валом катушки, конец кабеля 7, предназначенный для соединения с подвижным относительно катушки объектом, заведен через направляющую область передней щеки в вал катушки и выведен из него через отверстие в опорной щеке 5, расположенное соосно с валом, минимальный радиус кривизны внешнего профиля передней щеки (R1) катушки, а также профиля направляющей воронки (R2) составляет не менее 20 диаметров кабеля, поверхность передней щеки катушки, соприкасающаяся с разматываемым кабелем, обработана таким образом, что обеспечивается минимальный коэффициент трения между щекой катушки и кабелем, намотка катушки является «полной» - по всей высоте щеки катушки, соприкасающейся с разматываемым кабелем.
1
1
Намотка кабеля на катушку в этом варианте может быть как параллельной (рядовой), так и крестовой 1. ( Крестовая намотка - намотка, при которой слои нити, в основном, параллельны поверхности нитеносителя и витки двух последующих слоев скрещиваются.
Параллельная намотка (рядовая) - крестовая намотка с постоянным шагом, не превышающим одного-двух диаметров нити.
Определения даны по ГОСТ 28994-91 (ИСО 5239-80) Текстильные машины и оснастка. Намотка нитей. Термины и определения.)
Катушка может быть дополнительно снабжена внешним защитным кожухом 6.
Устойчивость размотки кабеля (без запутывания) в отсутствие приклеивания витков, уменьшение «разлета» кабеля и минимизация габаритных размеров блоков, необходимых для размещения катушки, обеспечивается тем, что в такой конструкции размотка (сход) кабеля с катушки осуществляется через полый вал катушки в направлении, противоположном движению схода витков (фиг. 2), то есть осуществляется последовательная «повитковая» размотка кабеля и его распрямление внутри вала катушки.
Минимальный радиус кривизны профиля передней щеки катушки и ее направляющей области (воронки) - 20 диаметров кабеля - гарантирует отсутствие изгибов ОК с недопустимым радиусом при его смотке.
Минимальный коэффициент трения между щекой катушки и кабелем исключает нежелательное натяжение кабеля при размотке.
Полное заполнение кабелем пространства между щеками катушки необходимо для исключения чрезмерных растягивающих усилий в кабеле, обладающем малой изгибной жесткостью, в начале размотки (при первоначальном рывке).
Указанная реализация катушки обеспечивают относительно простое и надежное решение поставленной задачи.
Возможность реализации данной конструкции и устойчивой размотки оптического кабеля подтверждены экспериментально.
Были изготовлены безынерционные катушки для 5 и 20 км оптического микрокабеля (ОМК) диаметром 0,9 мм, для 80 м оптического кабеля-троса (ОКТ) диаметром 3,5 мм - для размещения на подводном носителе, а также для 500 м комбинированного оптико-электрического кабеля (КК) диаметром 5 мм - для размещения на наземном или воздушном носителе;
Намотка кабелей осуществлялась на стандартном кабельном оборудовании с незначительной модернизацией. Для случаев размотки кабеля на воздухе применялась смазка кремнийорганической жидкостью ПМС. Установлено, что предлагаемая конструкции катушек с кабелем не приводят к увеличению затухания сигнала в оптическом кабеле. Размотка кабеля проводилась на специально разработанном размоточном стенде на воздухе и в воде со скоростью до 30 м/с по схеме фиг. 2. В процессе испытаний подтверждено, что предлагаемое решение обеспечивает устойчивую размотку и сохранение на требуемом уровне характеристик передачи кабеля.
В конструкции катушек не применяются дефицитные изделия и материалы. Исходные материалы выпускаются в РФ по постоянно действующей документации. Технология изготовления катушек находится на уровне технологии изготовления аналогичных изделий.
Источники информации
1. Патент США N 4271761, F42B 13/56, публ. 1981 г.
2. Патент РФ RU 2118792, С1 F42B 15/04, публ. 1998 г.
3. Патент РФ RU 2334941, С1 F42B 15/04, F41G 7/32. рубл. 2008 г.
4. Управляемый реактивный снаряд 9М116. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Военное издательство, 1980 г.