УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ КАНАТА, СХОДЯЩЕГО С УДАЛЕННО РАСПОЛОЖЕННОГО БАРАБАНА
DEVICE FOR TENSIONING A ROPE COMING FROM A REMOTELY POSITIONED DRUM

Область техники
[1] Изобретение относится к области подъемных механизмов, в частности к вспомогательным устройствам для лебедок, и может быть использовано на вертолетах, например, в качестве элемента спасательного оборудования.
Предпосылки к созданию изобретения
[2] В подъемных и буксировочных лебедках, устанавливаемых на воздушных и водных транспортных средствах, в качестве каната обычно используется металлический трос. В силу присущих металлу свойств такой канат обладает высокой упругостью, и в отсутствие сдерживающей силы он занимает положение в виде дуги большого радиуса. При отрыве части поднимаемого груза или тогда, когда опускаемый груз встречает препятствие, канат подается вверх и стремится раскрутиться на барабане, что может вызвать запутывание каната и выход лебедки из строя. Современные лебедки оснащены механизмами натяжения каната, которые способны обеспечить требуемую плотность укладки каната на барабане даже в том случае, когда нагрузка на канате резко снижается.
[3] Однако нередко место схода каната с корпуса транспортного средства расположено на некотором удалении от лебедки. Например, такая ситуация возникает, когда лебедка установлена у передней двери вертолета, а подъем и спуск груза требуется осуществить через проем в задней части фюзеляжа. В другом примере лебедка может быть установлена по центру палубы судна, в то время как поднимаемый или спускаемый груз находится за бортом.
[4] В описанных случаях, даже если требуемое натяжение каната обеспечено вблизи барабана, возможное снижение нагрузки и вызванное этим ослабление каната может привести к тому, что канат начнет скапливаться внутри транспортного средства. В результате данного процесса канат может зацепиться за иное оборудование и вызвать его повреждение, или может подвергнуть риску находящихся на транспортном средстве людей. Таким образом, представляется весьма желательным, чтобы канат был натянут не только вблизи барабана, т.е. внутри лебедки, но и на всем протяжении той части корпуса транспортного средства, по которой проходит канат.
[5] Из патентной публикации CN204549914 U, 12.08.2015 известно устройство для натяжения каната, которое предназначено для совместной работы с удаленно расположенной лебедкой. Известное устройство содержит два вращающихся ролика, которые сжимают проходящий между ними канат, при этом ролики имеют привод от источника крутящего момента. Однако данный источник не раскрывает, каким должно быть соотношение линейной скорости роликов и скорости движения каната, а также какими средствами оно обеспечивается. Тем временем, эти сведения являются критически важными для работы устройства с учетом того, что скорость движения каната подвержена изменению в зависимости от числа слоев каната, находящихся на барабане в каждый момент времени.
[5][5] Патентная публикация DE3121733 A1, 27.01.1983 раскрывает устройство для натяжения каната, которое может быть использовано в паре с лебедкой, и которое является прототипом изобретения. Натяжение каната в прототипе обеспечивается двумя вращающимися роликами, находящимися в контакте с канатом и имеющими привод от источника крутящего момента. В целях обеспечения гарантированного натяжения каната частота вращения роликов установлена так, чтобы линейная скорость роликов при выпуске каната была больше скорости движения каната. Аналогично при уборке каната частота вращения роликов поддерживается на величине, при которой линейная скорость роликов меньше скорости движения каната. Другими словами, натяжение каната в прототипе обеспечивается за счет постоянного проскальзывания роликов по канату.
[6] Недостатки прототипа обусловлены тем, что канат, образованный скручиванием стальных проволок, имеет неровную и жесткую поверхность, постоянное трение которой по поверхности роликов приводит к интенсивному износу как роликов, так и самого каната. В результате этого прочность роликов и каната постепенно снижается, что отрицательно сказывается на надежности прототипа. Таким образом, безаварийное функционирование прототипа изобретения может быть обеспечено только при достаточно частой замене роликов и каната.
[7] Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в существенном продлении срока службы устройства для натяжения каната, сходящего с удаленно расположенного барабана, а по существу, в снижении интенсивности износа элементов, обеспечивающих натяжение каната.
Сущность изобретения
[8] Для решения указанной технической проблемы в качестве изобретения предложено устройство для натяжения каната, сходящего с удаленно расположенного барабана (далее - Устройство). Устройство содержит первый и второй ролики, а также электродвигатель. Первый и второй ролики находятся в контакте с канатом и расположены по обе стороны от него. Электродвигатель при сходе каната с барабана способен приводить первый ролик во вращение в ту сторону, в которой направление вектора скорости первого ролика на участке его контакта с канатом совпадает с направлением движения каната. В кинематическую цепь между электродвигателем и первым роликом включена муфта, способная передавать крутящий момент, ограниченный такой заданной величиной, при которой взаимодействие первого ролика с канатом происходит без проскальзывания. Муфта содержит ведущий и ведомый валы, а также пружину, которая имеет фрикционную связь с одним и контактирует своим концевым участком с другим из указанных валов. Концевой участок пружины при этом способен воспринимать усилие в том ее окружном направлении, в котором обеспечивается ослабление упомянутой фрикционной связи.
[9] Технический результат изобретения состоит в том, что первый ролик, получая крутящий момент от электродвигателя, способен при помощи второго ролика натягивать канат в направлении от барабана путем прокатывания по канату без проскальзывания, что предотвращает износ первого ролика и каната.
[10] Причинно-следственная связь между признаками изобретения и техническим результатом заключается в следующем. Устройство снабжено муфтой, представляющей собой муфту предельного момента. Муфта расположена в кинематической цепи между электродвигателем и первым роликом, при этом передаваемый электродвигателем избыточный крутящий момент, который мог бы вызвать проскальзывание первого ролика по канату, утилизируется в указанной муфте. Поверхности трения элементов, входящих в состав муфты и передающих крутящий момент посредством фрикционной связи, являются износостойкими и способны к длительному сроку службы.
[11] В первом частном случае изобретения первый и второй ролики расположены относительно каната так, что плоскость, в которой лежат оси вращения первого и второго роликов, проходит перпендикулярно оси каната. Данное исполнение обеспечивает фиксацию каната при помощи минимального числа роликов, которое равно двум. Первый и второй ролики фиксируют канат между собой с тем, чтобы обеспечить эффективную передачу подтягивающего усилия, а также воспрепятствовать неконтролируемому перемещению каната в сторону барабана при ослаблении усилия со стороны груза.
[12] В развитии первого частного случая изобретения Устройство содержит упругий элемент, воздействующий на первый и второй ролики в направлении друг друга. Данное исполнение повышает как эффективность фиксации каната между первым и вторым роликами, так и эффективность передачи канату усилия от первого ролика, которое действует в направлении, противоположном направлению на барабан.
[13] Во втором частном случае изобретения ведущий вал муфты расположен внутри ведомого вала, при этом пружина через свою внутреннюю окружную поверхность имеет фрикционную связь с внешней поверхностью ведущего вала, и через свой концевой участок имеет зацепление с ведомым валом. По сравнению с конфигурацией, в которой ведомый вал муфты расположен внутри ведущего вала, данное исполнение позволяет не выводить ведомый вал в осевом направлении за пределы ведущего вала, что минимизирует осевой габарит Устройства.
[14] В развитии второго частного случая ведомый вал снабжен выступом, создающим упор для концевого участка пружины, при этом усилие со стороны выступа действует на пружину в направлении ее раскручивания. Выполнение выступа на ведомом валу позволяет обеспечить тангенциальное направление усилия, действующего со стороны пружины на ведомый вал, что повышает эффективность передачи крутящего момента.
[15] В третьем частном случае изобретения упомянутый концевой участок пружины является первым концевым участком, при этом второй концевой участок пружины выполнен аналогично первому концевому участку. Данное исполнение позволяет обеспечить упор для второго концевого участка пружины, что способствует раскручиванию пружины по всей ее длине. В результате этого повышается плавность работы муфты и достигается более точная работа фрикционной связи в части поддержания передаваемого крутящего момента на заданной величине.
[16] В четвертом частном случае изобретения при уборке каната на барабан электродвигатель способен к переходу в состояние, которое допускает свободное вращение первого ролика. Данное исполнение при уборке каната обеспечивает натяжение каната только за счет усилия, прижимающего первый и второй ролики друг к другу. Следует отметить, что в отличие от режима выпуска каната, когда при малом весе груза недостаток тягового усилия компенсируется подтягивающим усилием со стороны первого ролика, при уборке каната требуемое для натяжения каната тяговое усилие гарантированно создается барабаном. Функция первого и второго роликов в режиме уборки каната состоит в создании противодействия указанному тяговому усилию, что обеспечивается обжатием каната первым и вторым роликами. Соответственно, передача первому ролику дополнительного крутящего момента в данном режиме не является необходимой.
[17] В пятом частном случае изобретения первый ролик и ведомый вал муфты жестко соединены или выполнены заодно друг с другом. В данном исполнении передача крутящего момента от ведомого вала муфты к первому ролику характеризуется максимальным КПД. Кроме этого, данное исполнение обеспечивает компактность Устройства.
[18] В шестом частном случае изобретения второй ролик приводится во вращение электродвигателем. В данном исполнении канат испытывает подтягивающее усилие как со стороны первого, так и со стороны второго роликов, что повышает эффективность натяжения каната.
[19] В седьмом частном случае изобретения канат при прохождении по первому ролику изменяет свое направление под прямым углом. Данное исполнение позволяет не только обеспечить натяжение кантата, но и задать канату направление для его контролируемого схода с корпуса транспортного средства с целью подъема или спуска груза.
Краткое описание чертежей
[20] Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:
Фиг. 1 - фрагмент фюзеляжа вертолета в разрезе с отображением Устройства и удаленно расположенного барабана;
Фиг. 2 - кинематическая схема Устройства;
Фиг. 3 - общий вид Устройства спереди-справа;
Фиг. 4 - вид Устройства спереди-справа в разрезе;
Фиг. 5 - вид Устройства слева;
Фиг. 6 - вид Устройства в разрезе А-А с Фиг. 5, развернутая проекция;
Фиг. 7 - поэлементное изображение муфты предельного момента, вид спереди-слева;
Фиг. 8 - поэлементное изображение муфты предельного момента, вид спереди-справа.
Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов, отображенных на фигурах, могут являться условными и могут быть показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов Устройства и их причинно-следственную связь с техническим результатом.
Осуществление изобретения
[21] Осуществление изобретения будет показано на наилучших известных авторам примерах реализации изобретения, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.
[22] На Фиг. 1 показан фрагмент фюзеляжа вертолета, представляющий собой рабочий отсек 1. В передней части рабочего отсека 1 установлена лебедка 3, которая предназначена для спуска и подъема груза при нахождении вертолета в воздухе. Следует отметить, что данные операции могут быть осуществлены как через переднюю дверь (не показана), рядом с которой установлена лебедка 3, и в сторону которой она может быть развернута, так и через люк 2 рабочего отсека 1.
[23] Осуществление подъема или спуска груза через переднюю дверь позволяет перевозить его в рабочем отсеке 1, однако, если вес груза достаточно большой, то данные операции могут вызвать нежелательный крен вертолета. В случае использования люка 2 перевозка груза может быть осуществлена без его помещения в рабочий отсек 1, т.е. при нахождении груза в подвешенном состоянии, что позволяет поднимать и перевозить более тяжелые грузы, не нарушая центровки вертолета. Следует отметить, что вместо люка 2 или в дополнение к нему рабочий отсек 1 может содержать более широкий нижний проем, допускающий подъем груза в рабочий отсек 1.
[24] Конструкция лебедки 3 может быть любой при том условии, что лебедка 3 содержит барабан 6, на который намотан канат 7. Предпочтительно лебедка 3 оснащена механизмом натяжения каната, который обеспечивает плотную укладку каната 7 на барабане 6 во всех режимах работы лебедки 3. Однако если в подъеме или спуске груза задействована одна только лебедка 3, то надежное осуществление данных операций может быть гарантировано лишь при использовании передней двери, когда канат сходит с барабана 6 сразу вниз.
[25] В противоположность этому подъем или спуск груза через люк 2 с использованием одной только лебедки 3 становятся затруднительными. Например, выпуск каната 7 через люк 2 для последующего подъема груза может сопровождаться скоплением каната 7 в рабочем отсеке 1, поскольку малый собственный вес выпущенной с вертолета части каната 7 может быть недостаточным для преодоления силы трения между канатом 7 и полом 4 рабочего отсека 1. Аналогичная ситуация может произойти и при спуске груза, когда спускаемый груз достигает земли, а лебедка 3 еще какое-то время продолжает работать на выпуск каната 7. Как было показано выше, скопление каната 7 в рабочем отсеке 1 помимо затруднений в использовании лебедки 3 по назначению создает риск повреждения другого оборудования, расположенного в рабочем отсеке 1, а также представляет угрозу для находящихся в рабочем отсеке 1 людей.
[26] Тем временем вблизи люка 2 установлено устройство 10 для натяжения каната (далее - устройство 10), которое обеспечивает натяжение каната 7, по существу, на всем протяжении участка рабочего отсека 1 между лебедкой 3 и люком 2, что исключает возникновение описанных выше проблем.
[27] Устройство 10 (Фиг. 1-6) содержит корпус 11, который через свои опорные участки 12 прикреплен к силовым элементам 5 фюзеляжа. Корпус включает в себя первую и вторую плиты 13 и 14, в которых своими внешними кольцами закреплены соответственно первый и второй подшипники 20 и 30. Подвижные внутренние кольца первого и второго подшипников 20 и 30 удерживают соответственно первый и второй вальные элементы 21 и 31, которые при помощи винтовых пар 41 жестко соединены между собой, а также с расположенным между ними первым роликом 40.
[28] Первый и второй вальные элементы 21 и 31 имеют первую и вторую полости 22 и 32 соответственно (Фиг. 7 и 8). В свою очередь, первый ролик 40, на внешней окружной поверхности которого выполнена первая канавка 48 для контакта с канатом 7, жестко соединен со ступицей 42. В конфигурации, показанной на Фиг. 2-8, первый ролик 40 и ступица 42 выполнены заодно в виде единой детали. Ступица 42 включает в себя первый и второй ступичные элементы 43 и 44, которые расположены внутри полостей 22 и 32 так, что первый и второй вальные элементы 21 и 31 вместе со ступицей 42, по существу, образуют единый вал 45 (Фиг. 2). Одновременно с этим единый вал 45 представляет собой ведомый вал муфты предельного момента, конструкция и назначение которой подробно раскрыты ниже. В дальнейшем изложении единый вал 45 именуется как ведомый вал 45.
[29] Внутри ведомого вала 45 пролегает ведущий вал 50, жестко связанный с водилом 61 планетарного редуктора 60. В свою очередь, солнечная шестерня 62 планетарного редуктора 60 закреплена на одном валу с моментным электродвигателем 63, который представляет собой синхронный электродвигатель с постоянными магнитами на роторе. Электродвигатель 63 соединен с бортовой электросетью вертолета через блок 65 управления.
[30] Таким образом, электродвигатель 63 способен приводить во вращение ведущий вал 50, передавая крутящий момент через планетарный редуктор 60. Следует отметить, что планетарный редуктор 60 представляет собой понижающий редуктор, частота вращения которого на выходе меньше частоты вращения на входе с соответствующим увеличением крутящего момента. Более точно, частота вращения водила 61 меньше частоты вращения солнечной шестерни 62 примерно в 10 раз.
[31] Далее, крутящий момент, передаваемый от планетарного редуктора 60 на ведущий вал 50, имеет направление показанное стрелкой 55, т.е. совпадающее с направлением часовой стрелки, если смотреть на устройство 10 с правой стороны, как это показано на Фиг. 3.
[32] Ведущий вал 50 включает в себя передаточный участок 51, на котором размещена основная пружина 70. В ненагруженном состоянии основной пружины 70 ее внутренний диаметр меньше внешнего диаметра передаточного участка 51, поэтому перед размещением передаточном участке 51 основная пружина 70 подвергается, например, частичному раскручиванию или нагреву. Стремясь соответственно закрутиться или сжаться, т.е. вернуться в ненагруженное состояние, пружина своей внутренней окружной поверхностью 71 прижимается к внешней поверхности 52 передаточного участка 51 и образует с ним фрикционную связь. В контексте настоящего изложения под фрикционной связью вала и пружины понимается такое их соединение, при котором между валом и пружиной возникает тангенциально направленная сила трения покоя, способная передавать крутящий момент от одного из указанных элементов к другому.
[33] На своем первом концевом участке 72 основная пружина 70 имеет первую опорную поверхность 73, расположенную перпендикулярно внутренней окружной поверхности 71. В свою очередь, первый вальный элемент 21 в своей полости 22 имеет первый выступ 23 с первой контактной поверхностью 24. Аналогично первому концевому участку 72, вторая опорная поверхность 75 выполнена на втором концевом участке 74 основной пружины 70, а вторая контактная поверхностью 34 выполнена на втором выступе 33, расположенном в полости 32 второго вального элемента 31.
[34] Передаточный участок 51 с установленной на нем основной пружиной 70 расположен в отверстии ступицы 42, при этом первый и второй выступы 23 и 33 расположены на первом и втором вальных элементах 21 и 31 так, что первая опорная поверхность 73 находится в контакте с первой контактной поверхностью 24, а вторая опорная поверхность 75 находится в контакте со второй контактной поверхностью 34. Таким образом, при вращении ведущего вала 50 под действием электродвигателя 63, т.е. в направлении стрелки 55, основная пружина 70 упирается своей первой опорной поверхностью 73 в первую контактную поверхность 24, в результате чего крутящий момент передается от ведущего вала 50 к ведомому валу 45.
[35] Однако упираясь в первый выступ 23, первый концевой участок 72 воспринимает силу реакции первого выступа 23, которая действует на первый концевой участок 72 в окружном направлении основной пружины 70, соответствующем направлению ее раскручивания. Поскольку раскручивание основной пружины 70 увеличивает ее внутренний диаметр, то фрикционная связь основной пружины 70 с передаточным участком 51 ослабляется.
[36] При увеличении силы реакции первого выступа 23 до расчетной величины, которая создает крутящий момент с величиной, превышающей заданную величину крутящего момента, основная пружина 70 начинает проскальзывать своей внутренней поверхностью 71 по внешней поверхности 52 передаточного участка 51. Таким образом, фрикционная связь основной пружины 70 с передаточным участком 51 способна передавать крутящий момент, ограниченный заданной величиной, а узел из ведущего вала 50, основной пружины 70 и ведомого вала 45, по существу, представляет собой муфту предельного момента.
[37] Обратим внимание, что второй выступ 33 создает упор для второго концевого участка 74, что предотвращает поворот второго концевого участка 74 относительно передаточного участка 51 в направлении, противоположном направлению стрелки 55. В результате этого основная пружина 70 раскручивается по всей ее длине, способствуя более плавной передаче крутящего момента.
[38] Далее, канат 7 подается на первый ролик 40 от барабана 6, располагаясь по существу горизонтально, а сходит с первого ролика 40 в сторону люка 2, имея вертикальное расположение, т.е. канат 7 двигается по первому ролику 40 в направлении стрелки 55. Электродвигатель 63, который включается, когда канат 7 начинает сходить с барабана 6 в сторону люка 2,  приводит первый ролик 40 во вращение также в направлении стрелки 55. Другими словами, электродвигатель 63 приводит первый ролик 40 во вращение в ту сторону, в которой направление вектора скорости первого ролика 40 на участке его контакта с канатом 7 совпадает с направлением движения каната 7. Вращаясь в сторону движения каната 7, первый ролик 40 за счет силы трения качения создает на канате 7 усилие, направленное от барабана 6, т.е. подтягивающее усилие. Следует отметить, что при уборке каната 7 на барабан 6 электродвигатель 63 не включается, в результате чего ведущий вал 50, а вместе с ним и первый ролик 40 вращаются свободно.
[39] Второй ролик 80 расположен с другой стороны каната 7 по отношению к первому ролику 40 и имеет возможность вращения на штифте 81, который проходит сквозь второй ролик 80. Штифт 81 прикреплен своими концами к нижним концам 91 Н-образного кронштейна 90. Верхние концы 92 кронштейна 90 установлены с возможностью поворота на стержне 84, закрепленном на первой и второй плитах 13 и 14. На участке между своими нижними и верхними концами 91 и 92 кронштейн 90 содержит поперечную планку 93. Таким образом, соответствующий поворот кронштейна 90 относительно оси стержня 84 приводит к параллельному смещению штифта 81, а вместе с ним и второго ролика 80 в сторону первого ролика 40.
[40] На стержень 84 надеты две прижимающие пружины 86, которые своими первыми концами упираются в опорный элемент 89, жестко связанный с корпусом 11, а своими вторыми концами - в поперечную планку 93. Упругая сила прижимающих пружин 86 через поперечную планку 93 воздействует на кронштейн 90 так, что его нижние концы 91 стремятся к повороту в сторону первого ролика 40. Соответственно второй ролик 80 смещается в сторону первого ролика 40, в результате чего первый и второй ролики 40 и 80 обеспечивают совместный охват и зажим каната 7 между своими внешними окружными поверхностями. Специалисту в данной области понятно, что вместо двух прижимающих пружин 86 может быть использована одна прижимающая пружина или другой упругий элемент, способный исполнить описанную выше функцию.
[41] На стержне 84 с внешней стороны корпуса 11 закреплена рукоятка 95, поворот которой против действия прижимающих пружин 86 позволяет отодвинуть второй ролик 80 от первого ролика 40, что необходимо для заправки каната 7 в устройство 10.
[42] Первая и вторая шестерни 47 и 87 (Фиг. 2, 4, 6), находящиеся в зацеплении друг с другом, жестко соединены соответственно с первым и со вторым роликами 40 и 80, благодаря чему крутящий момент от первого ролика 40 передается на второй ролик 80, изменяя свое направление на противоположное. При прохождении каната 7 между первым и вторым роликами 40 и 80, со стороны каждого из них на канат 7 действует сила трения качения, которая направлена в сторону, противоположную стороне расположения барабана 6. Таким образом, при выпуске каната 7 каждый из первого и второго роликов 40 и 80 оказывает на канат 7 подтягивающее усилие, которое обеспечивает натяжение каната 7.
[43] Внешняя окружная поверхность второго ролика 80 имеет вторую канавку 88, аналогичную первой канавке 48 у первого ролика 40, благодаря чему первый и второй ролики 40 и 80 охватывают канат 7 с тем, чтобы зафиксировать канат 7 в осевом направлении и увеличить площадь контакта. Таким образом, канат 7 имеет возможность перемещения относительно первого и второго роликов 40 и 80 только в их тангенциальном направлении. Форма и размеры первой и второй канавок 48 и 88 рассчитаны так, чтобы при вращении первой и второй шестерен 47 и 48 первый и второй ролики 40 и 80 на своих участках контакта с канатом 7 имели одинаковую линейную скорость.
[44] В отношении первой шестерни 47 обратим внимание на то, что она выполнена заодно со вторым вальным элементом 31 в виде единой детали.
[45] Следует отметить, что передача крутящего момента на второй ролик 80 не является обязательной, и достаточный уровень подтягивающего усилия на канате 7 может быть обеспечен за счет крутящего момента от первого ролика 40 и упругой силы прижимающих пружин 86, воздействующей на первый и второй ролики 40 и 80 в направлении друг друга.
[46] Далее, канат 7 уложен на барабане 6 слоями, каждый из которых представляет собой горизонтальный ряд витков, расположенных бок о бок друг с другом. Передаточное отношение планетарного редуктора 60 выбрано так, чтобы при гипотетически жесткой передаче крутящего момента по кинематической цепи между электродвигателем 63 и первым роликом 40, линейная скорость первого и второго роликов 40 и 80 была бы больше скорости каната 7, сходящего с самого верхнего слоя при полной укладке каната 7 на барабане 6. Кроме того, выпуск каната 7 сопровождается уменьшением числа его слоев на барабане 6, в результате чего при постоянной частоте вращения барабана 6 с увеличением длины выпущенной части каната 7 скорость его движения относительно первого и второго роликов 40 и 80 уменьшается.
[47] Таким образом, в случае жесткой связи между электродвигателем 63 и первым роликом 40 данное обстоятельство вызвало бы проскальзывание первого и второго роликов 40, 80 по канату 7 и обусловленные этим нежелательные эффекты, которые были описаны выше. Тем не менее данная проблема решена посредством того, что в кинематическую цепь между электродвигателем и первым роликом 40 включена муфта предельного момента, ограничивающая крутящий момент, передаваемый со стороны электродвигателя 63 на сторону первого ролика 40, заданной величиной. По существу, заданная величина крутящего момента является величиной предельного крутящего момента который может быть передан через фрикционную связь между передаточным участком 51 и основной пружиной 70.
[48] Далее, заданная величина крутящего момента, передаваемого посредством фрикционной связи между передаточным участком 51 и основной пружиной 70, установлена так, что взаимодействие первого и второго роликов 40 и 80 с канатом 7 происходит без проскальзывания. Другими словами, первый и второй ролики 40 и 80 получают такой крутящий момент, который меньше крутящего момента, необходимого для преодоления силы трения покоя между канатом 7 и роликами 40 и 80. Весь избыточный крутящий момент, поступающий от планетарного редуктора 60, утилизируется при проскальзывании основной пружины 70 по передаточному участку 51. Следует отметить, что в контексте настоящего изложения сделано допущение, в котором что сила трения, препятствующая проскальзыванию каната по катящемуся по нему ролику, приравнена к силе трения покоя между канатом и неподвижным роликом.
[49] Таким образом, для выравнивания скорости движения каната 7 и линейной скорости первого и второго роликов 40 и 80 основная пружина 70 непрерывно проскальзывает по передаточному участку 51 в течение всего времени выпуска каната 7. Однако это не приводит к заметному износу основной пружины 70 или передаточного участка 51, поскольку данные элементы выполнены из твердой износостойкой стали, а их поверхности обработаны до минимального коэффициента трения. Заданная величина крутящего момента, передаваемого фрикционной связью между передаточным участком 51 и основной пружиной 70, обеспечивается надлежаще подобранной упругой силой основной пружины 70, которая возникает, например, в результате предварительного раскручивания основной пружины 70 перед ее установкой на передаточный участок 51. Данные факторы обеспечивает безотказную работу муфты предельного момента в течение всего срока службы устройства 10.
[50] Устройство 10 работает следующим образом.
Блок 65 управления запускает электродвигатель 63 в момент начала вращения барабана 6 на выпуск каната 7, что исключает провисание каната 7, даже если на нем отсутствует груз. Планетарный редуктор 60 передает крутящий момент от электродвигателя 63 на муфту предельного момента, включающую в себя ведущий вал 50, основную пружину 70 и ведомый вал 45. Ведущий вал 50 при этом вращается в направлении, отмеченном стрелкой 55, а его передаточный участок 51 через описанную выше фрикционную связь увлекает за собой основную пружину 70. Посредством своего первого концевого участка 72 основная пружина 70 передает крутящий момент на ведомый вал 45, соединенный с первым роликом 40.
[51] Однако муфта предельного момента передает на первый ролик 40 только ту часть крутящего момента, поступающего от планетарного редуктора 60, при которой взаимодействие первого и второго роликов 40 и 80 с канатом 7 происходит без проскальзывания. Избыточный крутящий момент утилизируется в муфте предельного момента при проскальзывании основной пружины 70 по передаточному участку 51.
[52] В результате этого при сходе каната 7 с барабана 6 первый и второй ролики 40 и 80 по существу прокатываются по канату 7, создавая на нем подтягивающее усилие за счет силы трения качения между роликами 40, 80 и канатом 7. Ввиду гарантированного отсутствия взаимного проскальзывания первый и второй ролики 40 и 80, а также канат 7 не подвержены износу в течение длительного времени.
[53] При вращении барабана 6 на уборку каната 7 блок 65 управления отключает электродвигатель 63, что позволяет ведущему валу 50, а вместе с ним и роликам 40, 80 вращаться свободно. В этом режиме требуемое для натяжения каната 7 тяговое усилие создается барабаном 6, а противодействующее усилие обеспечивается первым и вторым роликами 40 и 80 за счет силы трения качения, возникающей в результате обжатия ими каната 7. Кроме этого, при уборке каната 7 устройство 10 осуществляет облегченное (т.е. посредством качения) заведение каната 7 в рабочий отсек 1 и предотвращает резкий вброс каната 7 в рабочий отсек 1 в случае аварийной ситуации, связанной с отрывом груза.
[54] В описанной выше конфигурации устройства 10 ведущий вал 50 расположен внутри ведомого вала 45, при этом основная пружина 70 через свою внутреннюю окружную поверхность 71 имеет фрикционную связь с внешней поверхностью 52 ведущего вала 50. Однако это не является обязательным, например ведомый вал может быть расположен внутри ведущего вала, а фрикционная связь пружины с ведущим валом может быть обеспечена через внешнюю окружную поверхность пружины и внутреннюю поверхность ведущего вала.
[55] В описанной выше конфигурации ось вращения первого ролика 40 совпадает с осью ведущего вала 50, а ось вращения второго ролика 80 совпадает с осью штифта 81. По существу, на участке своего одновременного контакта с первым и вторым роликами 40 и 80 канат 7 проходит перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси первого и второго роликов 40 и 80. Однако это не является обязательным, в целях фиксации каната 7 может быть использована известная специалисту в данной области схема из множества роликов, которая обеспечивают фиксацию каната за счет многократного изменения направления его движения и увеличения площади его контакта с роликами. По меньшей мере часть данного множества могут составлять ролики, имеющие привод от электродвигателя.