Якорная лебедка с регулируемым по высоте управляемым сбросом якоря

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к оборудованию для водной техники для подъема-опускания якоря на маломерных судах.
Известна якорная лебедка (патент РФ на полезную модель №18562, B66D 1/16, B66D 1/24, B66D 1/60, приоритет 01.7.2017 г.).
Лебедка состоит из привода, приводного вала, барабана с якорным канатом, механизма свободного сброса якоря, который расположен на приводном валу, соединен с барабанами, встроен в шпулю, оборудованную натяжным тросовым механизмом, обгонной муфтой и скобой сброса якорного барабана с упора. Тросовый механизм предназначен для реализации режима свободного сброса якоря путем управления скобой сброса барабана с упора и включает в себя шпулю, два ролика, трос, возвратную пружину троса и скобу. Кроме того, при свободном сбросе якоря, за счет прижимных усилий на барабане фрикционной шайбы, предотвращается бухтование якорного каната. Конструкция имеет небольшие масс-весовые характеристики и проста в обслуживании. Недостатком устройства является ручное управление отключения привода по визуальному контролю момента выхода из зацепления барабана якорного каната с приводным валом. При несоблюдении этого условия, приводной вал продолжает тянуть тросик скобы, что ведет к полному разрушению кинематических связей и выходу из строя всего устройства. Для повышения эксплуатационной надежности необходимо ввести дополнительные меры контроля отключения привода. Известна якорная лебедка Штокер (патент РФ на полезную модель №193467, B66D 1/16, B66D 1/24, B66D 1/60, приоритет 09.07.2019 г.).
Устройство содержит мотор-редуктор, приводной вал, на котором расположен барабан с зацепными упорами и намотанным на него якорным канатом, и соединенный с ним механизм свободного сброса якоря, состоящий из ролика со встроенной в него обгонной муфтой, имеющей наружную винтовую канавку с односторонним заходом и упором в конце, шлицевого вала, жестко закрепленного на приводном валу, шлицевую втулку с возможностью смещения в осевом направлении, имеющую кольцевую канавку и зацепные упоры. Втулка подпружинена фрикционной шлицевой шайбой со стороны пружины, расположенной между шайбой и шлицевой втулкой. Механизм свободного сброса оснащен вилочным толкателем, закрепленным на каретке с обеспечением свободного хода толкателя «вправо-влево» вдоль оси шлицевого вала и состоящего из упора, вставленного внутрь винтовой канавки с одной стороны и вилки, вставленной внутрь кольцевой канавки с другой, которые от взаимодействия с ними сводят-выводят из зацепа упоры шлицевой втулки и барабана в зависимости от направления вращения приводного вала мотор-редуктора. Конструкция лебедки Штокер компактна, не требует контроля режима работы «сброс-подъем» со стороны пользователя, что повышает эксплуатационную надежность устройства.
К общим недостаткам аналогов относится то, что в процессе движения судна при нештатном, непреднамеренном со стороны водителя судна нажатии кнопки управления «сброс якоря» или замыкания цепи управления «сброс якоря», например, при попадании забортной/атмосферной влаги, происходит якорение судна на полном ходу, что может привести к аварийной ситуации, вплоть до его опрокидывания.
Известна якорная лебедка с управляемым сбросом якоря (заявка на регистрацию патента на полезную модель №2020127651, B66D 1/16, B66D 1/24, B66D 1/60, приоритет от 18.08.2020 г.).
Устройство содержит мотор-редуктор, приводной вал, на котором расположен барабан с зацепными упорами и намотанным на него якорным канатом, и соединенный с ним механизм свободного сброса якоря, состоящий из ролика со встроенной в него обгонной муфтой, имеющей наружную многониточную винтовую канавку с односторонним заходом и упором в конце, шлицевого вала, жестко закрепленного на приводном валу, шлицевую втулку, имеющую центральную шейку и неподвижную боковую щеку с зацепными упорами, с возможностью смещения в осевом направлении вала. На шейке шлицевой втулки жестко закреплен упор. Втулка подпружинена фрикционной шлицевой шайбой со стороны пружины, расположенной между шайбой и шлицевой втулкой. Механизм управляемого сброса оснащен вилочным толкателем, закрепленным на каретке с обеспечением свободного хода толкателя «вправо-влево» вдоль оси шлицевого вала и состоящего из упора, вставленного внутрь винтовой канавки ролика с одной стороны, и вилки, расположенной на центральной шейке шлицевой втулки с другой. Вилка имеет свободный ход «вправо-влево» по поверхности шейки в промежутке между щекой и упором без расцепления зацепных упоров. При этом на первом этапе сброса якоря, якорный канат разматывается под действием управляемого привода до тех пор, пока вилка не достигнет упора, и далее, от взаимодействия с ним, выводит из зацепа упоры шлицевой втулки и барабана, осуществляя тем самым второй этап якорения - свободный сброс якоря. Конструкция механизма управляемого сброса якоря позволяет предотвращать нештатный свободный сброс якоря во время движения судна, что существенно повышает эксплуатационную надежность якорной лебедки.
К недостаткам аналогов и прототипа относится невозможность планомерного регулирования высоты управляемого сброса якоря на первом этапе якорения. В процессе якорения, штатного сброса якоря, якорь сначала плавно опускается ниже уровня борта судна, а на втором этапе - свободно падает под собственной тяжестью с неконтролируемой высоты от борта судна и при ударе о воду производит громкий шум, что совершенно недопустимо при охоте, рыбалке, фотоохоте и научных наблюдениях за жизнью водных животных на заповедных территориях. Таким образом, неконтролируемый по высоте управляемый сброс якоря в части плавного опускания ниже ватерлинии судна не позволяет соблюдать необходимый режим тишины. Кроме того, при подъеме якоря на нем остаются илистые и другие донные отложения, и возникает необходимость промывки якоря забортной водой. Режим нерегулированного управляемого сброса не позволяет гарантированно плавно опустить якорь ниже ватерлинии и безопасно осуществить его промывку.
Поэтому целью заявляемого технического решения является модернизация лебедки, позволяющим осуществлять спуск якоря в два этапа: плавный контролируемый спуск якоря до поверхности воды ниже ватерлинии с помощью электропривода независимо от высоты борта судна различных марок и его неконтролируемый свободный сброс в толще воды с расцеплением якорного барабана с приводным валом мотор-редуктора. Техническим результатом создания полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей.
Указанный технический результат по заявляемому объекту - полезная модель достигается тем, что якорная лебедка с регулируемым по высоте управляемым сбросом якоря, состоящая из привода, приводного вала, барабана с зацепными упорами и с намотанным на него якорным канатом, механизма сброса якоря, соединенного с барабаном, расположенного на шлицевом валу, жестко закрепленном на приводном валу, оборудованного роликом, со встроенной в него обгонной муфтой, имеющим винтовую нарезку в виде наружной канавки, заканчивающейся упором в конце, при этом механизм свободного хода снабжен шлицевым валом, жестко закрепленном на приводном валу, установленной на нем с возможностью смещения в осевом направлении шлицевой втулкой с зацепными упорами и кольцевой канавкой, выполненной по ее наружной поверхности, фрикционной шлицевой шайбой и вилочным толкателем шлицевой втулки, состоящим из пластины с упором, вставленным внутрь кольцевой канавки ролика с одной стороны, и вилки, расположенной на шлицевой втулке с другой, размещенным на каретке с обеспечением свободного хода вилочного толкателя «вправо-влево» параллельно оси шлицевого вала в зависимости от направления вращения приводного вала мотор-редуктора привода, при этом шлицевая втулка и шлицевая шайба подпружинены между собой, особенностью является то, что
шлицевая втулка имеет жестко закрепленную щеку с упомянутыми зацепными упорами, ролик имеет определенное количество винтовых канавок, число которых определяет максимальную высоту управляемого спуска якоря от борта судна до поверхности воды, а требуемая высота управляемого спуска в зависимости от высоты борта задается регулируемым упором путем закрепления его на шейке шлицевой втулки на определенном расстоянии от щеки втулки, после чего, при достижении вилкой регулируемого упора и взаимодействия с ним, зацепные упоры разводятся из зацепления и происходит свободный сброс якоря.
Полезная модель поясняется иллюстрационными материалами: на фиг. 1 изображен общий вид устройства в сборе; на фиг. 2 - механизм управляемого сброса якоря с регулированием по высоте плавного спуска якоря ниже ватерлинии в разрезе; на фиг. 3 - фотография действующей модели якорной лебедки с регулируемым по высоте управляемым сбросом якоря.
Якорная лебедка с регулируемым по высоте управляемым сбросом якоря (фиг. 1) состоит из рамы лебедки 1, на которой смонтированы мотор-редуктор 2 с приводным валом 3; обгонная муфта 4, насаженная на вал 3 и встроенная в механизм управляемого сброса якоря с регулированием по высоте плавного опускания якоря ниже ватерлинии в разрезе (фиг. 2); барабана с якорным канатом 6, расположенного на валу 3 на подшипниковых опорах (на фиг. 1 не показаны), обеспечивающих свободное вращение барабана 6. Правая щека барабана 6 выполнена с зацепными упорами 7 и по существу представляет собой полумуфту сцепления. Механизм управляемого сброса якоря с возможностью регулирования по высоте (фиг. 2) снабжен вилочным толкателем 8, размещенным на каретке 9, жестко закрепленной на раме 1, с обеспечением свободно хода вилочного толкателя 8 «вправо-влево» параллельно оси приводного вала 3 (на фиг. 1 показано стрелками). Вилочный толкатель 8 представляет собой П-образную металлическую пластину со сквозным отверстием, свободно насаженную на вал каретки 9 (вид А по стрелке на фиг. 1), на которой с одной стороны (с правой на фиг. 1) размещен упор, с другой стороны - вилка.
Механизм управляемого сброса якоря с регулированием по высоте плавного спуска якоря ниже ватерлинии в разрезе (фиг. 2) состоит из шлицевого вала 10, соединенного с приводным валом 3 с помощью шпонки (на фиг. 1 не показана). На валу 10 установлена шлицевая втулка 11, имеющая центральную шейку 12 и неподвижную боковую щеку 13 с возможностью смещения в осевом направлении вала 10. На левой щеке 13 размещены сцепные упоры 14 для соединения с упорами 7 барабана якорного каната 6. На шейке 12 шлицевой втулки 11 размещены регулируемый подвижный упор 15, с возможностью его жесткой фиксации на шейке 12, например, с помощью потайного винта, вилка вилочного толкателя 8 с возможностью ее скольжения по центральной шейке 12 шлицевой втулки 11 от подвижного упора 15 до левой боковой щеки 13. В состав механизма входит ролик 16 со встроенной в него обгонной муфтой 4, имеющий многониточную винтовую нарезку в виде канавки 17 с односторонним заходом, расположенным с левой стороны ролика 16, и заканчивающаяся упором в конце нарезки. Ролик 16 приводится в действие от приводного вала 3 через обгонную муфту 4 и служит для преобразования ее реверсивного кругового движения в возвратно-поступательное движение вилочного толкателя 8 вдоль оси шлицевого вала 10. Поджатая пружина 18 оказывает давление справа на фрикционную шлицевую шайбу 19, а слева - на регулируемый упор 15 шлицевой втулки 11. Вал каретки 9, на который свободно насажен вилочный толкатель 8, служит для обеспечения свободного хода последнего параллельно оси приводного вала 3.
Механизм управляемого сброса якоря с регулированием по высоте в составе якорной лебедки работает следующим образом.
На фиг. 2 показано положение устройства, когда судно находится в стадии становления, якорения судна. В данном положении барабан с якорным канатом 6 свободно вращается вокруг оси вала 3. При нажатии кнопки «подъем якоря» включается привод мотор-редуктора 2 (фиг. 1), приводной вал 3 начинает вращение по часовой стрелке. В этом направлении обгонная муфта 4 имеет свободный ход. Пружина 18 через шлицевую фрикционную шайбу 19 давит на ролик 16 с многониточной винтовой нарезкой канавок 17 и за счет сил трения, проворачивает ее по часовой стрелке. Упор вилочного толкателя 8, взаимодействуя с винтовыми канавками 17 ролика 16, начинает поступательное перемещение влево по валу 9, при этом вилка вилочного толкателя 8 скользит влево по шейке втулки 12, давит на её левую щечку 13 и сдвигает шлицевую втулку 11, вводя в зацепление упоры 14 шлицевой втулки, и с упорами 7 барабана с якорным канатом 6. Барабан 6 получает вращение по часовой стрелке от шлицевого вала 10 через шлицевую втулку 11 от зацепных упоров 14. Тем самым, включается режим подъема якоря, т.е. намотка каната на барабан 6. Так как обгонная муфта 4 имеет в этом направлении свободный ход, упор вилочного толкателя 8, дойдя до конца винтовой канавки, останавливает ролик 16.
При включении режима «управляемый сброс до ватерлинии» приводной вал 3 начинает вращение против часовой стрелки, обгонная муфта 4 в этом направлении не имеет свободного хода и начинает вращать ролик 16;соответственно, упор вилочного толкателя 8, взаимодействуя с винтовой канавкой 17, начинает движение вправо, вилка вилочного толкателя 8 также смещается вправо до тех пор, пока не достигнет регулируемого упора 15, при этом упоры 7 и 14 не выведены из зацепления и барабан вращается под действием электропривода, плавно разматывая якорный канат. Таким образом, осуществляется первый этап якорения - плавный контролируемый спуск якоря ниже ватерлинии без удара о поверхность воды. При дальнейшем движении вилки толкателя 8 последний давит на регулируемый упор 15, тем самым сдвигая вправо шлицевую втулку 11 и выводя из зацепления упоры 7 и 14. В результате барабан с якорным канатом 6 под действием веса якоря начинает свободно разматываться. Таким образом, осуществляется второй этап якорения - свободный сброс якоря в толще воды.
Управляемая высота спуска якоря регулируется путем перемещения (влево-вправо) и закрепления на шейке 12 шлицевой втулки 11, например, с помощью потайного винта, упора 15 (на фиг. 2 показано стрелками «вправо-влево»).
упр
упр
бар
бap
упр
бар
упр
max
mах
Высота управляемого спуска погружения якоря Н зависит от количества винтовых канавок 17 на ролике 16 и рассчитывается по формуле: Н=ϕ·D (n-0,5), где ϕ - угол поворота канатного барабана 2 в рад; D - диаметр щеки канатного барабана 2 в м, или диаметр бобины каната при неполной намотке на барабан, так как сматываться начинает верхний слой каната; n - количество винтовых канавок 17 на ролике 16, что соответствует количеству оборотов барабана с исключением необходимых минимальных 0,5 оборота на дальнейшее перемещение вилочного толкателя для разведения из зацепления упоров 7 и 14 при реализации режима «свободный сброс». Таким образом, можно рассчитать количество необходимых винтовых канавок 17 и изготовить ролик 16 на максимально необходимую высоту управляемого спуска якоря с дальнейшим свободным сбросом. Так, например, при H~1,6 м, D=0,2 м количество канавок составит n=3 (как показано на фиг. 1), а при Н~2,2 м, n=4.
упр
упр
упр
бар
упр
упр
В процессе эксплуатации лебедки нецелесообразно задавать желаемую высоту управляемого спуска изменением количества винтовых канавок 17 путем замены ролика 16. Для большинства маломерных судов достаточно максимальной высоты управляемого спуска порядка двух метров, что соответствует n=4. В то же время, для удобства плавной эксплуатационной регулировки высоты управляемого спуска якоря в зависимости от расстояния между упором 15 и левой щекой 13 шлицевой втулки 11, на шейку 12 наносятся риски L=1,5 м и 2,0 м, линейные координаты которых рассчитываются по формуле: L=h·ϕ, где h - шаг винтовых канавок, мм; ϕ=H/πD - угол поворота в рад ролика 19, что соответствует углу поворота канатного барабана 6 для спуска на расстояние Н=1,5 или 2,0 м с учетом высоты борта судна под действием электропривода. Так, например, при h=8 мм (как показано на фиг. 1 и фиг. 3) L=19 мм, что соответствует расстоянию управляемого спуска якоря ~ 1,5 м, и вполне достаточно для широко распространенных маломерных судов марок «Обь», «Казанка», «Касатка».
Для включения режима управляемого сброса необходимо удерживать в нажатом состоянии кнопку «сброс якоря до ватерлинии» до тех пор, пока якорь не опустится до поверхности воды. В случае дальнейшего удержания кнопки сброса якоря, упор вилочного толкателя 8 выходит из канавки 17 ролика 16 за счет открытого с одной стороны захода и продолжает круговое движение до момента отключения, что позволяет предупредить выход из строя вилочного толкателя 8 и механизма управляемого сброса якоря в целом.
Возвратно-поступательное движение вилочного толкателя 8 по валу 9 «влево-вправо» позволяет легко реализовать дополнительный дистанционный контроль состояния режима работы якорной лебедки на передней приборной панели судна: «якорь поднят», «управляемый сброс до ватерлинии», «свободный сброс», например, оборудовав концевыми выключателями, закрепленными на раме в районе вала 9, с выводом соответствующих световых сигналов на бортовую панель.
Предлагаемая конструкция якорной лебедки компактна (фиг. 3), размеры предлагаемого механизма управляемого сброса якоря с контролем высоты в сборе практически не увеличились по сравнению с прототипом и составляют 100×70×48 мм, соответственно, длина × высота × диаметр.
Механизм универсален, так как позволяет регулировать глубину плавного погружения якоря ниже уровня воды независимо от высоты борта всех марок маломерных судов, исключая дополнительный шум, возникающий при ударе якоря о воду при свободном сбросе, тем самым сохраняя режим тишины; комфортно и безопасно промывать якорь от донных отложений при его подъеме. Управляемый и регулируемый по высоте режим плавного спуска якоря ниже ватерлинии судна независимо от высоты его бортов, существенно расширяет эксплуатационные возможности якорной лебедки.