ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЛЕБЕДКА

Заявляемая гидравлическая лебедка относится к средствам подъема из-под воды судов, надводных кораблей, подводных лодок и других крупных объектов.
Необходимость осуществлять подъем затонувших подводных лодок связана с тем, что атомные подводные лодки (АПЛ) имеют запасы радиоактивных материалов, ядерные ракеты, которые со временем при разгерметизации будут сильно влиять на экологию Мирового океана, есть необходимость выяснить причины катастрофы с целью недопущения их на других подлодках, а также с целью сохранения секретов, связанных с устройством АПЛ. Только на дне Баренцева моря лежит не менее 6 АПЛ. А одна из главных причин - спасение экипажей.
Известны подъемные комплексы, осуществляющие подъем затонувших объектов без компенсации их веса. К ним относятся устройства, монтируемые на судах катамаранного типа с использованием гидроподъемных механизмов [1]. Однако, данные устройства предназначены, в основном, для подъема некрупногабаритных объектов, низкая эффективность при подъеме затонувшего объекта с большой глубины, вызванной большим объемом подводно-технических работ.
Целью изобретения является повышение эффективности проведения подъемных работ. Известно судоподъемное устройство, установленное на судне, содержащее арочные фермы, несущие подъемные стропы с гинями, соединенными с лебедками.
Устройству присущи следующие недостатки. Гини, содержащие тросы, пропущенные через полиспасты, имеют собственный значительный вес, что при больших глубинах снижает полезную нагрузку. Применяемая конструкция полиспастов имеет низкий КПД, значительный износ каната, так как движение каната при переходе с нижней обоймы на верхнюю осуществляется в разных плоскостях [2].
Основными недостатками известных технических решений являются ограничения как по весу затонувших объектов ввиду ограниченности грузоподъемности плавучих кранов (для современной техники примерно 12000 т), так и по предельной глубине судоподъемной операции. Эта глубина до последнего времени ограничивалась, по крайней мере, для крупных объектов предельной глубиной работы водолазов (в обычном снаряжении - 60 м). Для погружения на большую глубину требуется специальное водолазное оборудование, однако и в этом случае до настоящего времени практическая работа водолазов не выполнялась на глубинах более 300 м. Поэтому судоподъемные операции на больших глубинах стали выполнять с помощью дистанционно управляемых механических захватов, устанавливаемых на погружаемой платформе. В процессе судоподъемной операции приходится дело иметь с отрывным весом (подъемным
усилием), равным сумме подъемного веса и отрывного усилия. Для крупных заиленных объектов отрывной вес достигает значительных абсолютных значений, даже если предварительной продувкой снизить вес в воде затонувшего объекта до нуля.
Особенно опасны динамические усилия, вызванные резонансными явлениями, на крановое оборудование и грузонесущие связи, которые нередко в процессе подъема затонувшего объекта обрываются.
Для повышения эффективности судоподъемной операции, в том числе снижения динамических нагрузок на грузонесущие связи предложено выполнить спасательное судно в виде катамарана, каждый из корпусов из которого снабжают множеством малоинерционных лебедок с гидравлическим турбинным приводом, которые распределяют вдоль каждого корпуса катамарана [3].
Прочность отельной грузонесущей связи выбирают таким образом, чтобы она не разрушалась при самых неблагоприятных обстоятельствах.
Увеличивая число лебедок и гибких связей, можно практически неограниченно увеличивать суммарную грузоподъемность спасательного судна.
Создание больших подъемных усилий за счет увеличения числа лебедок позволяет отказаться от громоздких крановых устройств, которые имеют большую парусность, что существенно снижает мореходные качества известных спасательных средств.
Кроме того, благодаря использованию множества гибких связей; равномерно распределенных вдоль корпуса затонувшего объекта, а также сравнительно незначительному натяжению каждой связи появляется возможность использовать для их крепления даже слабые конструкции на затонувшем объекте.
Заявляемая гидравлическая лебедка представляет собой мощную конструкцию, способную выдерживать очень большие нагрузки от 18000 тонн до 40000 тонн.
Эта конструкция предназначена для подъема затонувших подводных лодок (кораблей). Она устанавливается на судах, имеющих грузоподъемность десятки тысяч тонн. Это могут быть две соединенные баржи или же баржа-гигант с открытым днищем. В зависимости от предполагаемых для подъема грузов на таких баржах могут последовательно устанавливаться 8-10 гидравлических лебедок по заявляемому техническому решению, определенной длины, ширины и высоты (расчетных). Данное техническое решение является одним из звеньев целого комплекса механизмов, необходимых для подъема затонувших подводных лодок.
В качестве наиболее близкого по конструкции аналога выбрана гидравлическая лебедка по патенту РФ №2038285 [4], содержащая корпус с канатным барабаном и гидроприводом, включающим четыре гидроцилиндра, кинематически через шатуны, связанные с валом барабана, и гидрораспределители управления. Гидроцилиндры попарно установлены с обеих сторон барабана и через шатуны с обоймами связаны с его валом. Один из гидроцилиндров в каждой паре соединен с обоймой своим корпусом
жестко, а штоком с корпусом лебедки шарнирно, а другие гидроцилиндры в парах к обоймам шатунов шарнирно подсоединены штоками, а корпусами (цилиндрами) подсоединены к корпусу лебедки. В гидравлической лебедке шарниры крепления гидроцилиндров на корпусе лебедки для каждой пары расположены на одной прямой линии, проходящей через центральную ось вращения шатунов. Однако, известная лебедка не имеет устройства, обеспечивающего синхронную работу последовательно установленных лебедок, и не позволяет увеличивать суммарную грузоподъемность спасательного устройства.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик за счет увеличения глубины и веса поднимаемого объекта.
Заявляемый технический результат достигается тем, что гидравлическая лебедка, содержащая силовой вал с канатным барабаном и гидроприводом, включающим гидроцилиндры, через шатуны, связанные с валом барабана, состоит также из разъемной усиленной рамы, на боковых стойках которой смонтирован силовой вал с двумя барабанами, насаженными на шлицы, причем каждый из барабанов по ободу имеет зубчатые вырезы с возможностью контакта с концевиками штоков гидроцилиндров лебедки, а центральная часть силового вала для исключения прогиба при нагрузках снабжена опорой в виде насаженного на шлицы колеса,
при этом рама лебедки выполнена из двух частей боковых и двух частей поперечных стоек, которые после укладки силового вала на нижние боковые стойки лебедки соединены в общее целое с помощью стяжных болтов, при этом собранная на силовом вале система выполнена с возможностью приведения во вращение посредством гидроцилиндров, закрепленных на опорных валах нижней и верхней частях рамы с обеих сторон лебедки, через штуцер, обеспечивающий подачу гидромасла одновременно на два гидроцилиндра с одной и другой стороны лебедки,
при этом штуцер выполнен со входом и выходом гидромасел, боковыми заглушками, уплотнительными манжетами, вращающимся сердечником с поперечными передаточными каналами, выполненными под углом в верхней и нижней части сердечника, поперечными патрубками, передаточным патрубком с поворотной ручкой сердечника штуцера,
при этом гидроцилиндры поворотной ручки сердечника штуцера установлены по одному по обе стороны лебедки, с возможностью взаимодействия с другими гидроцилиндрами лебедки для переключения направления потока гидромасла,
при этом одни выходы штуцера соединены шлангами со входами гидроцилиндров лебедки, а другие выходы штуцера - с выходами гидроцилиндров лебедки, к которым подсоединены выходы гидроцилиндра поворотной ручки штуцера.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фигуре 1 схематично изображен общий вид лебедки в сборе.
На фигуре 2 изображен эскиз рамы гидравлической лебедки с боковыми стойками (а), состоящими из двух частей (верхней и нижней), поперечными сторонами (b), состоящими из двух частей (верхней и нижней), верхней (с) и нижней (d) частей лебедки с опорными валами 3.
На фигуре 3 схематично изображен боковой вид колеса барабана 7 со шлицами 4 и зубьями 5.
На фигуре 4 дано схематичное изображение силового вала 1, содержащего шлицы 6 для крепления колес барабана и средней опоры силового вала 1, которая также разделяет барабан на две части и отделяет намотку троса на каждую половину барабана друг от друга.
На фигуре 5 схематично изображена сборка вращающейся части силового вала 1 с примерными параметрами, позволяющими наматывать на барабан достаточно троса для опускания захватного устройства на большие глубины.
На фигуре 6 схематично показаны четыре гидроцилиндра 23 нижней стороны лебедки со штоками 20 и концевиками 21 штоков, барабанами 7, сообщающимися шлангами 22, патрубками 23а, входами и выходами 25 для гидромасел.
На фигуре 7 схематично показаны аналогичные детали, что и на фигуре 6, на верхней стороне лебедки: четыре гидроцилиндра 23 верхней стороны лебедки со штоками 19 и концевиками 21 штоков, барабанами 7, сообщающимися шлангами 22, патрубками 23а, входами и выходами 25 для гидромасел.
На фигуре 8 схематично изображен штуцер 29а со входом для нагнетания гидромасел и выходом их, боковыми заглушками 28, уплотнительными манжетами 30, вращающимся сердечником 36, в котором выполнены поперечные передаточные каналы 31, выполненные под углом 60° от вертикали в верхней и нижней части сердечника, поперечными патрубками 27, поворотной ручкой 35 с передаточным патрубком 33.
На фигуре 9 схематично изображено устройство блока для палиспаста (фиг.9а), устройство стопора 56, насаженного на опорный вал 3(фиг.9б).
На фигуре 10 схематично изображены места 41 крепления штуцеров 29а на основании лебедки 18 (фиг.9а), средняя опора силового вала 1 с катками (фиг.9б), и хомут крепления 51 (фиг.9в).
На фигуре 11 схематично показан поперечный разрез силового и опорных валов 42 (фиг.11а), поперечный разрез основания для крепления катков и рамы лебедки 43 (фиг.11б), боковой вид стопора 56 (фиг.11в) и средняя опора 11 для опорных валов (фиг.11г).
На фигуре 12 схематично изображен гидроцилиндр 23 с поршнем 24, штоком 20 и концевиком 21.
На фигуре 13 схематично изображена система синхронного переключения поворотных ручек 35 штуцеров с гидроцилиндрами 29а переключения этих ручек, выходными патрубками 46а, пружинами 46 и клапанами 47, а также заглушками 48.
На фигуре 14 схематично изображены формы тяг 49 для соединения поворотных ручек 35 штуцеров ряда последовательно установленных лебедок.
На фигуре 15 схематично изображена стойка 50 для крепления штуцеров на основании лебедки.
На фигуре 16 изображен поперечный разрез штуцера с входом и выходом гидромасел 27, 34, стягивающие болты 52, фланец 29, корпус штуцера 29а и сердечник 36.
На фигуре 17 схематично изображен противовес 53, место крепления и толкатель 55, поджимающий верхние гидроцилиндры к ободу колеса барабана 7.
Гидравлическая лебедка (фиг.1) состоит из: рамы 18 (фиг.2а, b, с, d), силового вала 1 лебедки, опорного вала 2 гидроцилиндра, опорного вала 3 стопора 56, упора 3а для стопора 56, шлицев колеса барабана 4, зубьев 5 колеса барабана (фиг.3), шлицов 6 колеса опоры силового вала (фиг.4), колес барабана 7, опорной части 8 силового вала 1, места для намотки троса 9, фланца силового вала 10, опоры 11 средней нижней для опорного вала гидроцилиндра и стопора (фиг.11), крепежных болтов 12, седла 13 для опорных валов, растяжки 14 (фиг.1), шпенька 15, стяжных болтов 16, боковых стоек 17 лебедки, рамы 18 лебедки 18, штока 20 гидроцилиндра (фиг.12), концевика 21 штока гидроцилиндра, сообщающегося шланга 22, корпуса гидроцилиндра 23, патрубка 23а, поршня 24 гидроцилиндра, входа и выхода гидромасел 25, основания гидроцилиндра 26. Кроме того, заявляемая гидравлическая лебедка содержит: патрубок для гидромасел 27 (фиг.8), боковые заглушки 28 штуцера, фланец 29 штуцера, корпус штуцера 29а, уплотнительные манжеты 30, внутренние каналы 31 штуцера, выходные патрубки 32, передаточный патрубок 33 штуцера, патрубок для слива гидромасла 34, поворотную ручку 35 сердечника штуцера, сердечник штуцера 36 с каналами, основание стопора 36а (фиг.9), зуб стопора 37, колесо блока палиспаста 38, ось блока 39, катки 40 для колеса опоры силового вала (фиг.10), место крепления штуцера 41, место крепления конца-троса 41а, поперечный разрез валов 42 (фиг.11), поперечный разрез основания для катков и рамы лебедки 43, гидроцилиндр переключения поворотной ручки сердечника штуцера 44 (фиг.13), поршень 45, шток 45а, пружина 46, выходной патрубок 46а, клапан 47, заглушка на резьбе 48, тяги 49 (фиг.14), стойка для крепления штуцера 50 (фиг.15), хомут крепления 51, стяжные болты 52, противовес 53 (фиг.17), опорная ось противовеса 54, толкатель противовеса 55.
Заявляемая гидравлическая лебедка представляет собой мощную конструкцию, способную выдерживать нагрузки от 18000 тонн до 40000 тонн.
В зависимости от предполагаемых для подъема грузов может последовательно устанавливаться 8-10 гидравлических лебедок расчетных длины, ширины и высоты. Принцип работы заявляемой лебедки основан на использовании усилий гидроцилиндров, принципов рычага и ворота.
Весь вращающийся сборочный узел лебедки (фигура 5) скомпонован на силовом вале 1, который своей опорной частью 8 размещен на ложе нижней боковой стойки 17 лебедки. Для облегчения монтажа силового вала 1 со сборкой (фиг.5), рама лебедки выполнена из двух частей боковых и двух поперечных стоек (верхней и нижней), которые после укладки силового вала 1 на нижние боковые стойки лебедки 17 соединяются в общее целое с помощью стяжных болтов 16. На силовом вале 1 смонтированы колеса барабана 7 с зубьями 5, оперная часть 8 силового вала, колесо 6а опоры силового вала. Все эти колеса (7 и 6а) лебедки жесткого закреплены на шлицах 4 и 6 (фиг.3, 4). Кроме всего прочего колеса 6а опоры силового вала 1 выполняют роль разделительной границы между двумя колесами барабанами 7, то есть оно разделяет намотанные бухты тросов обоих барабанов 7. Приводят всю эту вращающуюся часть (фигура 5) во вращение колеса барабана 7 с помощью гидроцилиндров 23 (фиг.12), упирающихся своими штоками 20 с концевиками 21 в специально нарезанные по ободу барабана 7 зубья 5 (фиг.1, 5). Расстояние L1 между концами зубьев 5 колеса барабана 7 должно быть несколько меньше рабочего хода L2 поршня 24. Это необходимо для надежного вхождения концевика 21 штока 20 гидроцилиндра 23 в зацепление с зубьями 5 колеса барабана 7. Для предотвращения сдвига силового вала 1 из боковых стоек 17 предусмотрен фланец 10 (фиг.5).
Работа лебедки зависит от работы гидроцилиндров 23 совместно со штоками 20 и концевиками штоков 21. Они в свою очередь приводятся в движение насосами большой производительности и напора. Для передачи давления на гидроцилиндры 23 применяются штуцера 29а (фиг.8) с изогнутыми внутренними каналами 31 в сердечнике штуцера 36 и корпусе штуцера 29а.
Для автоматической работы всей системы вращения и подъема груза, в данном случае, на первую из ряда последовательно установленных лебедок по обе стороны устанавливаются по одному гидроцилиндру 44 (поворотной ручки штуцера), которые, взаимодействуя с другими гидроцилиндрами 23 первой лебедки, будут ритмично переключать поворотные ручки 35 штуцеров (фигура 8) остальных лебедок влево и вправо на 60° от вертикали (фиг.13, 14), что позволит переключать направление потока гидромасла то под одни, то под другие поршни гидроцилиндров 23 и 44. Рабочий ход тяги 49 и рабочий ход поршня 45 гидроцилиндра 44 должны быть равны. Для создания упора для гидроцилиндров 23 и стопора 36а применяются опорные валы 2 гидроцилиндра и 3 стопора (фиг.1) достаточной прочности как для самих гидроцилиндров 23, так и для
стопоров 36а, которые будут препятствовать вращению барабанов 7 в обратную сторону, то есть не позволяет раскручиванию троса. В исходном положении нижние гидроцилиндры 23 со штоками 20 и концевиками 21 будут наклонены под углом к ободу барабана 7 и постоянно входить в зацепление с зубьями 5 колеса барабана 7. Верхние же гидроцилиндры 23 со штоками 20 и концевиками 21 с помощью противовесов 53 будут через толкатель 55 прижаты к ободу барабана 7 для вхождения в зацепление с зубьями 5 (фиг.1, 17). Особенность работы гидроцилиндров 23 для переключения поворотных ручек 35 сердечника 36 заключается в том, что поворотные ручки 35 отклоняются с каждой стороны лебедки в противоположные стороны на 60° от вертикали (фиг.13, 14), что позволяет направлять потоки гидромасел под большим давлением к разным парам гидроцилиндров 23 (I и Iv с одной стороны лебедки и по II и II с другой стороны лебедки). В этом случае одна пара штоков 20 с концевиками 21 с одной стороны лебедки будет воздействовать на зубья 5 колеса барабана 7 с краев обода, а другая пара штоков 20 с концевиками 21 с другой стороны лебедки будет воздействовать на зубья 5 обода колеса барабана 7 с середины.
Для работы гидроцилиндра 44 для переключения поворотных ручек_35 в верхней части корпусов гидроцилиндров 23 первой лебедки (фиг.6, 7) на срезе нижней кромки поршня 24, находящегося в верхней точке рабочего хода, вваривается патрубок 23а для гидрошланга, который подводится к входам 1 или 2 гидроцилиндра 44 (выход 1 гидроцилиндра 23-I к входу 1 гидроцилиндра 44, а выход 2 гидроцилиндра 23-II к входу 2 гидроцилиндра 44, каждый выход 1 или 2 гидроцилиндра_23 (I или II)) подсоединяется к входам 1 или 2 гидроцилиндра 44 через отдельный клапан 47.
Выходы штуцера 1 и 2 (фиг.6, 8) должны быть соединены гидрошлангами со входами 1 и 2 гидроцилиндров 23, а выходы 3 и 4 штуцера (фиг.8) с выходами 3 и 4 гидроцилиндров 23. К этим же выходам (3 и 4) должны быть подсоединены выходы 3 и 4 гидроцилиндра 44 через тройники. Чтобы гидромасло не переходило с верхней части I или II гидроцилиндров 23 в гидроцилиндр 44, предусмотрен плунжерный клапан 47, который будет срабатывать только при поступлении гидромасла со штуцера_29а (выход 1 или 2) под большим давлением. Для синхронной работы I и II гидроцилиндров 23 (подъем и опускание) предусмотрен сообщающийся шланг 22, через который гидромасло с одного гидроцилиндра 23 (верхней части) при подъеме одного поршня 24 будет перегоняться в. пространство под поршнем 24 другого гидроцилиндра 23, опускать его и выдавливать гидромасло из-под поршня 24 в емкость.
Расчет длины троса, который можно наматывать на один из барабанов лебедки с приведенными параметрами (ФИГ.5):
- ширина барабана - 300 см
- диаметр силового вала - 50 см
- высота барабана - 10 см (высота бата - 5 м)
- диаметр троса - 20 см.
Получим:
- количество витков - 300 см : 20 см = 15
- количество рядов - (500 см : 20 см):2≈12
Длина одного витка по формуле
ПД = Длина ряда ПД*15
Каждый последующий диаметр ряда будет увеличиваться на 40 см (двойной диаметр троса)
1-й ряд: 3,14*50*15=23 м 55 см
3-й ряд: 3,14*130*15=61 м 29 см
4-й ряд: 3,14*170*15=80 м
5-й ряд: 3,14*210*15=99 м
6-й ряд. 3,14*250*15=117 м
7-й ряд: 3,14*290*15=137 м
8-й ряд: 3,14*330*15=156 м
9-й ряд: 3,14*370*15=180 м
10-й ряд: 3,14*410*15=193 м
11-й ряд: 3,14*450*15=211 м
12-й ряд: 3.14*490*15=230 м.
Общая длина троса ≈ 1530 м.
Используя палиспасты, можно опускать захватные устройства на глубину 1530:2=765 метров.
Работа гидравлической лебедки
Опускание всей конструкции различных захватных устройств (для современных и перспективных подводных лодок) осуществляется с помощью кранов, так как предлагаемая гидравлическая лебедка обеспечивает подъем только грузов. В первую очередь необходимо отстопорить все гидроцилиндры 23 с концевиками 21 и все стопора 37, то есть вывести их из зацепления с зубьями 5. Под воздействием веса захватных устройств производится размотка тросов с барабанов 7. Кранами опускают захватное устройство до затонувшей подводной лодки. Осуществляется захват. Вводят гидроцилиндры 23 концевиками 21 в зацепление с зубьями 5 обода. Вводят в зацепление стопора. Для начала работы всех лебедок необходимо перевести поворотные ручки 35 в одну из сторон на 60° от вертикали. В исходном положении, когда поворотные ручки _35 стоят в нейтральном положении, каналы 31 (фиг.8) закрыты. После перевода поворотной ручки 35 в одно из крайних положений, включают гидронасосы всех лебедок. Гидромасло под большим давлением поступает через патрубок 27 в штуцер (фиг.8) на вход 1, 2 канала 31 и далее под поршень 24 (I и Iv) с одной стороны, а с другой стороны лебедки - под поршень 24 (II и III), поднимая их. В этом случае штоки 20
гидроцилиндров 23 через концевики 21 будут осуществлять давление на зубья 5 обода барабана 7 с одной стороны лебедки на края обода (фиг.6), а с другой стороны лебедки - с середины обода (фиг 7). По мере подъема поршня 24-I в верхнюю точку гидроцилиндров 23, открываются выходы патрубков 23а, и гидромасло под большим давлением через клапан 47 поступает на вход 1 гидроцилиндра 44, опускает поршень 45 вниз, тем самым будет проталкивать шток 45а вниз, а через тяги 49 воздействовать на поворотные ручки 35 и отклонять их на 60° от вертикали в другую сторону. При срабатывании гидроцилиндра 44 поворотные ручки 35 с одной стороны лебедки будут отклоняться в одну сторону, а с другой стороны лебедки - в другую. Поэтому с одной стороны лебедки будут совмещены каналы 1 и 4 сердечника штуцера и корпуса, а с другой стороны будут совмещены каналы 2 и 3. В этом случае давление штоков 20 гидроцилиндров 23 на зубья 5 обода будет осуществляться одновременно четырьмя гидроцилиндрами 23.
Для синхронизации работы ряда последовательно установленных лебедок используют только по одному гидроцилиндру с каждой стороны первой лебедки, которые своими штоками через тяги осуществляют автоматическое переключение поворотных ручек всех штуцеров, что обеспечивает одновременное включение половины гидроцилиндров всех лебедок, а после переключения поворотных ручек штуцеров в противоположную сторону подключаются к работе гидроцилиндры другой половины взамен первой, и такая работа будет осуществляться постоянно.
Таким образом, работа последовательно установленных лебедок будет осуществляться автоматически. Для остановки работы лебедки необходимо выключить гидронасосы.
Достоинством заявляемой гидравлической лебедки является то, что ее конструкция позволяет с помощью ряда последовательно установленных таких лебедок увеличивать суммарную грузоподъемность, что достигается, прежде всего, применением устройства, обеспечивающего синхронную работу всех лебедок, устройства, распределяющего потоки гидромасла по цилиндрам 23 и 44 (с помощью штуцеров 29а), что позволяет воздействовать на зубья 5 обода колеса барабана 7 одновременно четырьмя штоками 20 с концевиками 21. Данное техническое решение является одним из звеньев целого комплекса механизмов, необходимых для подъема затонувших подводных лодок.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2043257. «Способ подъема затонувшего объекта и система для его осуществления».
2. Патент РФ №2013301. «Судовое устройство для подъема затонувшего объекта».
3. Патент РФ №2269448. «Способ подъема затонувшего объекта».
4. Патент РФ №2038285. «Гидравлическая лебедка» - наиболее близкий аналог.