Аэростатная лебёдка
BALLOON WINCH

Aэростатная лебедка относится к средствам для подъема привязных летательных аппаратов с аэростатической или аэродинамической подъемной силой, а в частности для подъема, спуска и удержания на высоте вертикальных тросовых антенн.
Известно устройство для укладки трос-антенны аэростата, выбранное в качестве прототипа (См. СССР, авт.св. №643421, В66Д 1/36 за 1976 г.). Недостатком прототипа является малый ресурс работы кабель-троса, так как работая в заданном диапазоне частот наиболее часто, при большой физической длине тросовой антенны, используется при перестройке длины антенны, только один ее небольшой участок, а учитывая то, что он проходит через тросоукладчик и большое количество канатоведущих шкивов, в этой части медная оплетка тросовой антенны сминается, образуя «фонарь», и в конечном счете на этом участке троса антенна выходит из строя, а заменять приходится весь кабель-трос, что экономически не выгодно, причем замена на новый кабель-трос занимает много времени, от 4 до 6 часов.
Задачей заявки на изобретение является сокращения времени восстановления работоспособности антенны, повышение надежности работы тросовой антенны и увеличение ресурса ее эксплуатации.
Сущность заявки на патент заключается в том, что барабан с кабель-тросом выполнен в виде кассеты из нескольких идентичных катушек с кабель-тросами одинаковой длины соединенными между собой токопроводящими муфтами и размещенными на одной оси вращения между двух поставленных через подшипники на опоры полуосей с фланцами, через которые встречно пропущены шпильки, стягивающие соосно ось вращения катушек, причем одна из полуосей регулируется по длине гайками, а другая взаимодействует через редуктор с электродвигателем, при этом толщина щек каждой из катушек превышает ширину ее шейки, равную диаметру кабель-троса, проходящего через поворотные направляющие выполненные в виде двух прикрепленных перпендикулярно друг к другу пластин шириной с диаметром кабель-троса на одной оси вращения с возвратной пружиной, одна пластина расположена горизонтально между щек катушки, другая вертикально вверх в проеме щек прилегающих друг к другу катушек, не превышая их высоты, а с тыльной стороны вертикальной пластины по диагонали выполнен направляющий желоб под кабель-трос с соединительной муфтой, располагающейся в проеме щек этих катушек, а кабель-трос проходит по желобу прилегающей щеки, на глубину, равную его диаметру, до шейки катушки, под щеки каждой из которых подведен поддон с домкратом, а вал, проходящий через ось вращения канатоведущего шкива, прикреплен к раме, взаимодействующей через опорный подшипник с платформой аэростатной лебедки, в поворотной вилке универсального блока приемного шкива установлен клиновой зажим.
На Фиг. 1 изображено аэростатное удерживающее устройство с лебедкой, включающей в себя универсальный блок с клиновым зажимом.
На Фиг. 2 изображена аэростатная лебедка с канатоведущим шкивом, барабан с кабель-тросом в кассетном исполнении сбоку и сверху А-А.
На Фиг. 3 изображен барабан с кабель-тросом в кассетном исполнении в разрезе.
На Фиг. 4 изображен барабан с кабель-тросом, вид сбоку.
На Фиг. 5 изображено поворотное устройство.
В аэростатную лебедку входят: универсальный блок 1 с клиновым зажимом 2, например: зажимной втулки-«а», регулировочной муфты-«б», подшипника-«в» и подпружиненных обжимных кулачков-«г»; канатоведущего блока 3 состоящего из шкива 4, ограничительной скобы с направляющим роликом 5, шкива 6, с проходящим через его ось вращения валом 7 соединенным с рамой 8 прикрепленной через опорный подшипник 9 к платформе 10 установленной на изоляторах 11, кассеты из идентичных катушек 12 с равными по длине кабель-тросами 13, на одной оси вращения 14 расположены соосно между двух полуосей с торцевыми фланцами 15 и 16, через которые, параллельно оси вращения 14, выполнены сквозные отверстия под встречно пропущенные шпильки 17 для сжатия до упора катушек 12 в кассете зажимными гайками 18, причем полуось с торцевым фланцем 15 регулируется по длине гайками 19, а полуось с торцевым фланцем 16 взаимодействует через редуктор 20 с электродвигателем лебедки 21, по краям каждой из полуосей установлены подшипники 22 на опорах 23 прикрепленных к платформе 10, расстояние между щеками 24 идентичных катушек 12 определяется длиной ее шейки 25, равной диаметру кабель-троса 13, причем вдоль кромки щеки 24 в каждой из прилегающих друг к другу катушек 12 выполнен сквозной проем 26 под поворотное устройство 27 не выходящее за приделы высоты щек 24 катушек 12, выполненное из горизонтальной 28 и вертикальной 29 направляющих пластин, шириной не более диаметра кабель-троса 13, прикрепленных перпендикулярно друг к другу на поворотной оси 30 закрепленной своими концами вместе с возвратной пружиной 31 под шлиц в проеме 26, причем на тыльной стороне вертикальной направляющей пластины 29 прикреплен по диагонали направляющий желоб 32 под кабель-трос 13 соединенный с помощью поворотной муфты 33 с кабель-тросом 13 прилегающей катушки 12, причем муфта 33 располагается в сквозном проеме 26 на глубину не менее диаметра самой муфты 33 между щеками 24 катушек 12 таким образом, что проем 26 с поворотным устройством 27 одной катушки 12 сопрягается с проемом переходящим в желоб 34 до шейки 25 другой катушки 12 на глубину не менее диаметра кабель-троса 13, при этом под барабан с катушками 12, выполненный в кассетном исполнении, подведен домкрат 36 с поддоном 35, выполненным с прогибом под радиус щек 24.
Данная задача в заявке на патент решается следующим образом: Перед подъемом привязного аэростата на высоту, аэростатная лебедка на платформе 10 установленной на изоляторах 11, заземляется. Далее свободный конец кабель-троса 13 выпускается с катушки 12 на необходимую длину для проводки кабель-троса 13 с соединительной муфты 33 через шкивы 4;6 канатоведущего блока 3, клиновой зажим 2, универсальный блок 1 и далее крепится к узлу привязи аэростата. С подачей электропитания на электродвигатель 21, газонаполненный аэростат с помощью кабель-троса 13 переводится с удерживающего устройства на универсальный блок 1 аэростатной лебедки.
При включении аэростатной лебедки на сдавание, привязной аэростат под действием аэростатической подъемной силы начинает поднимать вверх кабель-трос 13, прикрепленный своим концом к узлу привязи аэростата. При сдавании вверх с началом каждого витка, кабель-трос 13 выходит между щек 24 катушки 12 с переводом горизонтальной направляющей 28 поворотного устройства 27 в вертикальное положение, а вертикальной направляющей в горизонтальное положение, в сторону сквозного проема 26 соседней катушки. Затем горизонтальная направляющая 28, освобождаясь от кабель-троса 13, под действием возвратной пружины 31, возвращается в исходное горизонтальное положение, а вертикальная направляющая 29, принимает исходное вертикальное положение. Так работает поворотное устройство 27 при полном сматывании кабель-троса 13 с катушки 12. При сходе с шейки 25 катушки 12, кабель-трос 13 выходит из желоба 34 вместе с соединительной муфтой 33 расположенной в проеме 26 щеки 24 катушки 12 и далее переходит через направляющий желоб 32 поворотного устройства 27 следующей катушки 12 и так далее, до подъема аэростатной антенны на заданную высоту.
При включении аэростатной лебедки на выбирание кабель-троса 13, двигатель 21 через редуктор 20 начинает вращать кассету состоящую из нескольких катушек 12 и укладывать кабель-трос 13 вертикально виток к витку поочередно, начиная с одной из катушек 12, при этом кабель-трос 13 при каждом витке поворачивает горизонтальную направляющую 28 поворотного устройства 27 в вертикальное положение, прижимая ее вовнутрь между щек 24 под шлиц к проему 26, а далее кабель-трос 13, ложась на предыдущий виток, проходит дальше, освобождая горизонтальную направляющую 28, которая под действием возвратной пружины 31, возвращается вместе с вертикальной направляющей 29 в исходное положение. На предпоследнем витке кабель-трос 13 поворачивает и прижимает горизонтальную направляющую 28 под шлиц к сквозному проему 26 и удерживает ее в вертикальном положении, опираясь на предыдущий виток. Последний виток кабель-троса 13 с муфтой 33 этой катушки проходит через поворотный желоб 32 по тыльной стороне вертикальной направляющей 29 удерживаемой в горизонтальном положении, причем муфта укладывается в проеме 26, а кабель-трос 13 ложится в желобе 34 до шейки 25 следующей катушки. Далее кабель-трос 13, ложась вертикально вверх, виток к витку между щек 24, прижимает под шлиц кабель-трос 13 в желобе 34 и далее прижимает муфту 33 в проеме 26 щеки 24 катушки 12. С последующими оборотами катушки, кабель-трос 13 поднимается до поворотного устройства 27 и переходит по направляющему желобу 32 к следующей катушке 12.
Канатоведущий блок 3 предназначен для снижения тяговых нагрузок и защиты от кратковременных рывков поступающих от аэростата по кабель-тросу 13 на катушку 12 с редуктором 20 электрической лебедки 21, и обеспечивает ориентацию по направлению кабель-троса 13 в горизонтальной и вертикальной плоскостях в сторону катушек 12, а ограничительная скоба с направляющим роликом 5 удерживает кабель-трос 13 в позах шкива 4.
Для замены вышедшего из строя участка кабель-троса 13 включается аэростатная лебедка на выбирание поврежденного участка кабель-троса 13, наматывая его на катушку 12, до подхода соединительной муфты 33 к поворотному устройству 27 этой катушки 12. Захват кабель-троса 13 в клиновом зажиме 2 осуществляется путем вращения ее регулировочной муфты «б» по часовой стрелке, заставляя через подшипник «в» поступательно перемещаться конусной втулке «а» внутри клинового зажима 2, воздействуя своим конусом по периметру на подпружиненные обжимные кулачки «г» до полного зажима кабель-троса 13. В результате нагрузка от привязного аэростата переходит через кабель-трос 13, универсальный блок 1 к клиновому зажиму 2. Далее кабель-трос 13, освобожденный от нагрузки, идущий от канатоведущего шкива 3, отсоединяется с помощью разъединительной муфты 33 от катушки 12, с поврежденным кабель-тросом 13. Для подготовки разъединения муфты 33 с другого конца поврежденного кабель-троса 13 применяется домкрат 36. С помощью домкрата 36 приподнимается поддон 35, подпирая снизу своим прогибом, равным радиусу щек 24, кассету с катушками 12, до снятия силовой нагрузки со шпилек 17, скрепляющих идентичные катушки 12 между собой. Далее откручиваются крепежные гайки 18 со шпилек 17 и выдвигаются шпильки 17 из катушек 12 в стороны торцевых фланцев 15 и 16, до освобождения от шпилек 17 катушки 12 с поврежденным кабель-тросом 13. С помощью домкрата 36 поддон 35 опускается и вместе с ним приспускается неисправная катушка 12, а остальные, исправные катушки 12, остаются на шпильках. Для удобства разъединения второй муфты 33, достаточно открутить регулируемые крепежные гайки 19. В этом случае торцевая полуось вращения с фланцем 15 отходит вместе с катушками 12 на шпильках от поврежденной катушки 12 и производится ее замена на идентичную катушку 12 с новым кабель-тросом 13. Установка катушки 12 с новым кабель-тросом 13 в кассету производится в обратном порядке. Предложенное техническое решение позволяет так же производить замену идентичных катушек 12 с кабель-тросами между собой, с учетом того, что часть катушек 12 в кассете практически не используется или мало используются. Такое решение позволяет значительно увеличить эксплуатационный ресурс кабель-троса 13 в кассетном исполнении.
Например, при работе радиопередатчика на вертикальную тросовую антенну, с высотой подъема 3600 метров, в диапазоне рабочих частот, приходится перестраивать антенну по высоте в приделах ±300 м., при этом верхняя ее часть, порядка 3000 метров, постоянно находится на высоте. В качестве грузонесущей основы антенны часто применяется дорогостоящий высокопрочный синтетический канат из нитей «кевлар».
В результате при многократных циклах теплового и механического воздействия на нижнюю часть тросовой антенны в районе токосъема с универсального блока и при прохождении канатоведущих шкивов, токопроводящая ее часть, выполненная из медной оплетки, сминается, образуя «фонарь», и выходит из строя. Менять дорогостоящую тросовую антенну, при хорошем состоянии верхней ее части (3000 метров), экономически не выгодно, тем более, что сама замена всей антенны на новую, занимает много времени, а это может привести к срыву передачи особо важных сигналов управления с удаленными объектами.
Предлагаемое техническое решение по этой заявке позволяет решить ряд выше указанных проблем.