УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСКАТКИ ГИБКОГО ЭЛЕМЕНТА С ПОМОЩЬЮ ВЕРТОЛЕТА

Изобретение относится к энергетическому строительству и может быть использовано при сооружении воздушных линий электропередачи, в частности, в труднопроходимых для наземной техники условиях.
Известно устройство для раскатки гибкого элемента (далее провода) с помощью вертолета, включающее несущую раму с узлом подцепки, закрепленную на ней ось для удержания барабана с проводом, шарнирно прикрепленную к несущей раме вспомогательную раму с направляющим приспособлением для провода и установленные на несущей раме тормозные механизмы с возможностью взаимодействия с торцами барабана (авт. свид. №655000, кл. H02G 1/02, 1976). Несущая рама выполнена плоской в виде буквы "П", в центре перемычки которой расположен узел подцепки, а к концам стоек присоединяют ось для удержания барабана. Устройство подцепляют к замку вертолета посредством одного стропа, поэтому узел подцепки является дополнительным шарниром в составе внешней подвески вертолета.
Устройство работает, в основном, в режиме несоответствия располагаемого тормозного момента требуемому тяговому моменту, поскольку первый - постоянный по величине (отрегулирован на земле), а второй, равный по величине изменяющемуся во времени усилию натяжения провода, умноженному на радиус навивки провода, и зависящий от многих факторов (массы раскатанного в пролете провода, скорости и ускорения движения вертолета, скорости и ускорения вращения барабана и пр.). Из-за такого дисбаланса моментов дополнительный шарнир может служить источником дополнительных колебаний устройства. В результате устройство может не обеспечить точной укладки провода на траверсы опор, и темп работ может снизиться.
Известно другое устройство для раскатки провода с помощью вертолета, включающее несущую раму с узлом подцепки, ось для удержания барабана с проводом, шарнирно прикрепленную к несущей раме вспомогательную раму с направляющим приспособлением для провода и установленные на несущей раме тормозные механизмы с возможностью взаимодействия с торцами барабана (авт. свид. №1403175, кл. H02G 1/02, 1986). Несущая рама выполнена плоской в виде буквы "П", в центре перемычки которой расположен узел подцепки, а к концам стоек присоединяют ось для удержания барабана. Устройство подцепляют к замку вертолета посредством одного стропа (т.е. база строповки равна нулю), а узел подцепки является дополнительным шарниром в составе внешней подвески вертолета.
В этом устройстве, несмотря на более совершенные тормозные механизмы, управляемые из кабины вертолета, также возможна несбалансированность моментов (т.к. тормозной момент подбирают методом проб и ошибок) с такими же последствиями. В частности, при дисбалансе моментов возможен перегиб внешней подвески в дополнительном шарнире, что сопряжено не только со смещением узла подцепки по горизонтали, но и с подъемом и последующим опусканием центра масс груза. В результате могут возникнуть вертикальные колебания барабана с проводом, которые в сочетании с маятниковыми колебаниями внешней подвески вертолета могут привести к появлению волнообразных колебаний провода (змейкой) в разных плоскостях. Для обеспечения необходимой точности монтажных работ, например при укладке провода в ролики на траверсах опор, приходится снижать скорость вертолета до нуля и ждать, пока провод успокоится. Поэтому раскатка провода с применением известного устройства выполняется на пониженной скорости и сопряжена с потерей продолжительного времени, необходимого для естественной стабилизации (самоуспокаивания) провода, а производительность работ, как правило, не высока.
Указанный недостаток (вертикальные колебания устройства) можно было бы устранить доработкой внешней подвески вертолета, например, введением в ее состав специальных демпфирующих устройств (очень сложный путь, т.к. вмешательству в штатные узлы вертолета препятствуют авиационные фирмы-разработчики). Другим, более реальным, вариантом решения проблемы является совершенствование самих раскаточных устройств, в частности, несущей рамы, на что и направлено настоящее предложение.
Задачей предлагаемого решения является достижение технического результата, выражающегося в устранении вертикальных колебаний устройства и повышении стабилизации раскатываемого провода, а также в обеспечении возможности монтажа гибкого элемента с высокой точностью без снижения скорости вертолета. За счет увеличения скорости раскатки провода вертолетом возможно повышение производительности работ.
Указанный технический результат в устройстве для раскатки гибкого элемента с помощью вертолета, включающем несущую раму с узлами подцепки, закрепленную на ней ось для удержания барабана с проводом, шарнирно прикрепленную к несущей раме вспомогательную раму с направляющим приспособлением для провода и установленные на несущей раме тормозные механизмы с возможностью взаимодействия с торцами барабана, достигается за счет того, что несущая рама выполнена в виде двух параллельных ферм, связанных поперечинами, ось для удержания барабана с проводом закреплена в средней части каждой фермы, а узлы подцепки размещены на каждом конце обеих ферм.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство, вид сбоку;
на фиг.2 - то же устройство, вид сверху;
на фиг.3 - схема подцепки устройства к вертолету (вид сбоку).
Предлагаемое устройство включает несущую раму, которая состоит из двух параллельных ферм 1 и 2, концы которых связаны поперечинами 3 и 4. В центре каждой фермы выполнено отверстие, через которое пропущена ось 5, имеющая на одном конце резьбу. На резьбу может быть навернута гайка 6 с рукоятками 7. В центре каждой фермы соосно оси 5 закреплен тормозной механизм 8, управляемый из кабины вертолета 9 (средства связи и управления не показаны). Каждый тормозной механизм 8 снабжен элементами сцепления (шипы, рычаги и пр.) с торцами барабана 10, на котором поставляется провод 11.
К фермам 1 и 2 посредством шарниров 12 и 14 прикреплена вспомогательная рама 15 с направляющим приспособлением 16 для провода 11. На концах ферм 1 и 2 установлены узлы подцепки 17, 18, 19 и 20. Четыре разнесенных узла подцепки обеспечивают большую базу строповки в продольном и поперечном направлениях, внутри которой располагается груз (барабан с проводом).
Устройство работает следующим образом. Перед раскаткой провода 11 фермы 1 и 2 устанавливают на торцах барабана 10 и стягивают посредством оси 5 и гайки 6 с рукоятками 7. При стягивании обеспечивают надежное взаимодействие тормозных механизмов 8 с торцами барабана 10. Фермы 1 и 2 соединяют поперечинами 3 и 4. Устанавливают вспомогательную раму 15 с направляющим приспособлением 16. Свободный конец провода 11 пропускают через направляющее приспособление 16 и выводят из раскаточного устройства.
При зависании над устройством вертолета 9 с подцепленным к замку 21 штатным пауком подсоединяют грузозахваты (крюки) всех четырех строп 22 паука к узлам подцепки 17, 18, 19 и 20.
Устройство с барабаном 10 на внешней подвеске вертолета 9 транспортируют к месту выполнения работ. Свободный конец провода 11 анкеруют и выполняют раскатку перемещением вертолета 9 вдоль трассы. Управляя тормозными механизмами 8, подбирают величину тормозного момента, необходимую для натяжения провода 11 в пролете в зависимости от скорости и количества выпущенного провода. Вспомогательная рама 15 с направляющим приспособлением 16 благодаря шарнирному креплению самоустанавливается в направлении натянутого провода 11.
В случае равномерной раскатки (с постоянной скоростью) при правильной корректировке располагаемого тормозного момента в соответствии с растущим тяговым моментом (идеальный случай), их величины уравновешиваются. В результате баланса моментов положение устройства стабильно. При этом под действием тягового усилия Т возможно отклонение паука внешней подвески от вертикали в замке 21 вертолета 9 - в единственном шарнире, вокруг которого может произойти поворот несущей рамы.
т
т
т
т
т
с
c
с
т
При росте скорости и ускорения вертолета возрастает величина тягового момента М, который создается усилием натяжения провода Т, действующим на радиусе r намотки провода 11 на барабане 10 (М=Т×r). В случае превышения величины М над величиной располагаемого тормозного момента происходит разматывание провода с уменьшением натяжения провода Т и величины М до восстановления баланса моментов. Этот процесс может повторяться многократно на протяжении всей работы (как и у аналогов). При таком пульсирующем режиме работы динамические значения момента М стремятся повернуть фермы 1 и 2 по часовой стрелке (по фиг.3). При этом нагрузка на задние стропы паука увеличивается, а на передние уменьшается (при этом становится возможным подъем концов обеих ферм с передними узлами подцепки 17 и 19). За счет этого возможен поворот несущей рамы вокруг неподвижной оси, проходящей через задние узлы подцепки 18 и 20. Однако такому повороту препятствует момент сопротивления М, создаваемый силой веса груза G на плече R, равном расстоянию от центра масс (оси 5) до узлов подцепки 18 и 20 (M=G×R). За счет того, что плечо R больше плеча r, момент сопротивления больше тягового момента (М>М), и повороты несущей рамы относительно узлов подцепки 18 и 20 невозможны. Поэтому вертикальных колебаний центра масс на переходных режимах работы не происходит.
Таким образом, большая база строповки улучшает стабилизацию барабана и провода на всех режимах работы устройства. Причем с увеличением базы строповки (в разумных пределах - без существенного роста массы устройства) повышается стабилизация за счет увеличения плеча R. В результате обеспечивается возможность раскатки на увеличенных скоростях.
Предложенная форма выполнения несущей рамы, исключающая вертикальные колебания барабана с проводом, создает предпосылки для дальнейшего совершенствования раскаточных устройств, в частности, за счет разработки новых более мощных тормозных устройств (с увеличенным тормозным моментом). Это обеспечит раскатку более тяжелого провода (с увеличенным сечением) в протяженных пролетах перспективных линий электропередач ультравысокого напряжения, а также монтаж канатов канатных дорог.
Кроме того, масса раскаточного устройства может быть снижена за счет оптимального использования набора проката меньшего сечения, необходимого для изготовления ферм, форма которых согласована с величиной нагрузок, действующих на несущую раму в каждом ее сечении (в соответствии с эпюрой сил и моментов). Разборная конструкция устройства повышает удобство его эксплуатации и обеспечивает возможность его доставки к месту работ в кабине вертолета в виде малогабаритного пакета (для перевозки аналогов требовался наземный транспорт).
Испытания экспериментального образца подтвердили расчетные данные.