КАБЕЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД МЕЖДУ ВЗАИМОПОВОРОТНЫМИ ЧАСТЯМИ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ)
CABLE TRANSITION BETWEEN INTER-SWIVELLING PARTS OF MACHINE (VERSIONS)

Изобретение относится к электроэнерегетике, к устройствам для передачи электроэнергии от неподвижной части устройства к поворотной части, и может быть использовано, например, во взаимоповоротных частях машин без использования вращающихся контактных устройств.
Известно устройство для соединения гибкими проводами неподвижной части механизма с поворотной, содержащее поворотное и неподвижное основания, расположенные между ними, и соосно поворотные сепарирующие кольца, соединенные с основаниями планетарным редуктором. Оси сателлитных шестерен редуктора жестко связаны с поворотными сепарирующими кольцами; центральное кольцо жестко связано с поворотным основанием, коренная шестерня с неподвижным основанием [А.С. №603036]. К недостаткам устройства наряду с большой сложностью и стоимостью относится размещение редуктора, что с одной стороны, увеличивает габаритные размеры перехода, а с другой, сужает возможности перехода по углу поворота.
Известно устройство для соединения гибкими кабелями или шлангами неподвижной части машины с поворотной, содержащее кабели в виде петель, свободно свисающих в кольцевом объеме вокруг центральной колонны, концентрично которой к поворотной части машины на тросах подвешены сепарирующие кольца с отверстиями, через которые пропущены ветви кабелей, отходящие от поворотной части машины, и механизм для отвода кабелей от центральной колонны, причем этот механизм выполнен в виде гибких элементов - цепей, образующих петли, одними концами связанными с нижним сепарирующим кольцом, а другими с подвижной частью машины [А.С №733056]. Недостатки данной конструкции связаны с дополнительной нагрузкой на кабели от сепарирующих колец, возможностью заклинивания сепарирующих колец, сложностью конструкции и ограниченным углом поворота, невозможностью изменить пространственные положения оси вращения.
Известен кабельный переход между взаимоповоротными частями машины, выбранный за прототип [патент РФ №2095904]. Он содержит жгут кабелей, расположенных в сепарирующих кольцах, одно из которых кинематически соединено с обеими частями машины и выполнено подвижным, и центральную оправку, одним концом неподвижно установленную на одной из поворотных частей внутри жгута кабелей, а второе сепарирующее кольцо выполнено неподвижным и в нем установлена со стороны первого конца центральная оправка. На втором конце центральной оправки размещено подвижное сепарирующее кольцо, кинематически соединенное с одной из частей машины с помощью шпоночно-шлицевого соединения, а с другой через центральную оправку парой винт-гайка, образованной винтовой канавкой, выполненной в виде правого и левого полувитков, сопряженных в начале и в конце хода, и зубом, установленным в подвижном сепарирующем кольце.
Недостаток кабельного перехода - в его сложности и ограниченных возможностях обеспечить оптимальное соотношение между вращением и осевым перемещением подвижного сепаратора и неэффективном использовании площади сечения отверстия, в котором проходят жгуты кабелей.
Задачей является повышение надежности, упрощение его конструкции, повышение циклической прочности жгута проводов.
Для решения поставленной задачи предложено два варианта кабельного перехода между взаимно поворотными частями машины.
В первом варианте, когда количество проводов небольшое, кабельный переход имеет меньшую массу. Во втором варианте решена задача прокладки большего количества проводов за счет более полного использования средней части сечения отверстия кабельного перехода по сравнению с прототипом, в котором внутри жгута кабелей используется оправка.
Кабельный переход содержит жгут кабелей, расположенных в сепарирующих кольцах, которые выполнены составными. Одно из колец киинематически соединено с обеими частями машины и выполнено подвижным. Переход содержит кулачковый механизм, который расположен снаружи жгута. Подвижное сепарирующее кольцо кинематически соединено с одной из частей машины с помощью прямолинейной направляющей, а с другой роликом, закрепленным на подвижном сепарирующем кольце, который входит в канавку цилиндрического кулачка. Профиль кулачка выполнен в виде правого и левого полувитка на внешней стороне цилиндра, внутри которого расположен жгут кабелей.
Кабельный переход содержит жгут кабелей, расположенных в сепарирующих кольцах, которые выполнены составными. Одно из колец киинематически соединено с обеими частями машины и выполнено подвижным. Переход содержит кулачковый механизм, который расположен снаружи жгута. Подвижное сепарирующее кольцо кинематически соединено с одной из частей машины с помощью прямолинейной направляющей, а с другой роликом, закрепленным на подвижном сепарирующем кольце, который входит в канавку цилиндрического кулачка. Профиль кулачка выполнен в виде правого и левого полувитка на внешней стороне цилиндра, внутри которого расположен жгут кабелей. В неподвижном сепарирующем кольце закреплена трубка, которая установлена внутри жгута кабелей, а внутри трубки расположен дополнительный жгут кабелей в виде многозаходной спирали, концы которой закреплены на сепарирующих кольцах.
Предлагаемые конструкции кабельных переходов обеспечивают оптимальные условия для управляемой деформации кабелей при повороте взаимоповоротных частей, упрощают конструкции переходов, позволяют более эффективно использовать площади сечения отверстий, в котором проходят жгуты кабелей. Кулачковый механизм в каждом переходе расположен снаружи жгута, и его размеры никак не ограничены размерами отверстия при осевых перемещениях, исключается заклинка механизма. Этим и объясняется повышение надежности работы перехода. Ролик, закрепленный на сепарирующем кольце, входит в канавку цилиндрического кулачка и позволяет снизить контактные напряжения на поверхности канавки при одинаковых нагрузках, что позволяет использовать легкосплавные материалы для изготовления кулачка. Это позволяет снизить массу кабельного перехода, что немаловажно при проектировании космической техники. В первом варианте, когда количество проводов небольшое, кабельный переход имеет меньшую массу.
А использование вместо обычной пары винт-гайка с постоянным шагом кулачкового механизма позволяет более точно рассчитать профиль канавки, соответствующий оптимальному соотношению между угловым и осевым перемещениями подвижного сепарирующего кольца. Это необходимо потому, что шаг винтовой линии, форму которой принимает жгут проводов, изменяется в зависимости от угла поворота сепаратора.
Для предохранения кабелей от нагрузок предусмотрено одновременно с поворотом подвижных частей машины перемещение подвижного сепарирующего кольца 5 под действием ролика. Перемещение ролика по поверхности профиля кулачка механизма рассчитывают в соответствии с зависимостью уменьшения длины кабеля вдоль оси и углом поворота подвижной части машины, что повышает циклическую прочность жгута проводов. Одновременно кулачковый механизм предохраняет жгут кабелей от произвольных осевых нагрузок, связанных с динамическими перемещениями машины.
На фиг.1 изображено сечение А-А кабельного перехода в продольном направлении; на фиг.2 - сечение Б-Б по фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1. На фиг.4 изображено сечение А-А кабельного перехода в продольном направлении вариант 2; на фиг.5 - сечение Б-Б по фиг.4; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.4.
Кабельный переход - вариант 1 (фиг.1-3) состоит из двух взаимоповоротных частей 1 и 2 машины, соединенных жгутом кабелей 3, распложенным в сепарирующих кольцах: неподвижное 4 и подвижное 5. Цилиндр с кулачком 6 установлен снаружи кабелей и одним концом закреплен на неподвижной части 2. Сепарирующее кольцо 5 кинематически связано как со взаимоповоротной частью машины 1 с помощью прямолинейной направляющей 7, так и со взаимповоротной частью 2 машины через канавку кулачка в виде правого и левого полувитков, сопряженных в начале и конце хода, и ролика в виде подшипника 8 на оси 9, неподвижно закрепленной в подвижном сепарирующем кольце 5. Сепарирующие кольца 4 и 5 выполнены составными. Их сегменты 10 соединены винтами 11.
Кабельный переход - вариант 2 (фиг.4-6) состоит из двух взаимоповоротных частей 1 и 2 машины, соединенных жгутом кабелей 3, распложенным в сепарирующих кольцах: неподвижном 4 и подвижном 5. Цилиндр с кулачком 6 установлен снаружи кабелей и одним концом закреплен на неподвижной части 2. Кольцо 5 кинематически связано как со взаимоповоротной частью машины 1 с помощью прямолинейной направляющей 7, так и со взаимповоротной частью 2 машины через канавку кулачка в виде правого и левого полувитков, сопряженных в начале и конце хода, и ролика 8 в виде подшипника на оси 9, неподвижно закрепленной в подвижном сепарирующем кольце 5. Сепарирующие кольца 4 и 5 выполнены составными. Их сегменты 10 соединены винтами 11. Внутри неподвижного сепарирующего кольца 4 (фиг.4) закреплена трубка 12, установленная внутри основного жгута кабелей 3. Внутри трубки 12 расположен дополнительный жгут кабелей 13 в виде многозаходной спирали. Концы дополнительного жгута неподвижно закреплены на сепарирующих кольцах. В данном случае используется полностью площадь сечения отверстия, в котором проложен кабель. Во втором варианте масса больше, но можно провести большее количество проводов, что в некоторых случаях очень важно.
Кабельный переход - вариант 1 работает следующим образом.
При взаимном повороте частей 1 и 2 жгут кабелей 3 закручивается вокруг оси цилиндра, в котором находится жгут, и его длина вдоль оси цилиндра уменьшается. Для компенсации этого необходимо переместить подвижное сепарирующее кольцо 5 в сторону неподвижного сепарирующего кольца 4 на некоторую величину, зависящую от угла поворота частей 1 и 2. Если сепарирующее кольцо 5 переместится под натяжением жгута кабелей, в них возникнут растягивающие усилия. Для предохранения кабелей от таких нагрузок предусмотрено одновременно с поворотом подвижных частей 1 и 2 перемещение подвижного сепарирующего кольца 5 под действием ролика 8, перемещающегося по поверхности профиля кулачка 6, рассчитанного в соответствии с зависимостью уменьшения длины кабеля вдоль оси и углом поворота подвижной части машины. Величину оптимального перемещения подвижного сепарирующего кольца можно рассчитать по формуле
2
2
h=L-√L-(πDα/360),
где h - перемещение сепаратора;
L - максимальное расстояние между внутренними поверхностями сепараторов;
D - диаметр, на котором расположены жгуты кабелей;
α - угол поворота подвижного сепаратора.
По этой формуле рассчитывают профиль канавки кулачка.
Например: при L=320 мм; D=50 мм;
α=45°;
h=0,6 мм;
α=90°;
h=2,4 мм;
α=135°;
h=5,5 мм;
α=180°;
h=9,8 мм
При использовании передачи винт-гайка с постоянным шагом, как это сделано в прототипе, эти значения будут следующими:
α=45°;
h=2,45 мм;
α=90°;
h=4,9 мм;
α=135°;
h=7,35 мм;
α=180°;
h=9,8 мм
При одинаковом максимальном перемещении подвижного сепарирующего кольца - h - в прототипе очевидны значительные отклонения в промежуточных положениях от оптимального перемещения, что приводит к появлению дополнительных механических напряжений в жгутах проводов и снижению циклической прочности проводов.
Кабельный переход - вариант 2 работает аналогичным образом и его используют при необходимости прокладки большого числа кабелей. Внутри основного жгута кабелей устанавливают трубку и закрепляют ее в неподвижном сепарирующем кольце. Внутри трубки расположен дополнительный жгут кабелей в виде многозаходной спирали. Спираль при вращении работает как пружина кручения большой длины, что позволяет уменьшить напряжения в кабелях при вращении деталей кабельного перехода.
Таким образом, предлагаемые кабельные переходы более надежны в работе, обладают более простой конструкцией по сравнению с прототипом, а второй вариант перехода позволяет провести большее число проводов, при этом обеспечиваются оптимальные условия для управляемой деформации кабелей при повороте взаимно поворотных частей, повышается циклическая прочность жгутов проводов.