УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЗА ПРЕДЕЛАМИ НАХОДЯЩЕГОСЯ НА ОРБИТЕ КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ Российский патент 2001 года по МПК B64G4/00 

Изобретение относится к космической технике, а именно к средствам обеспечения внекорабельной деятельности оператора.

Известна сборка штанги с механизмом развертывания [1], содержащая развертываемую и убираемую штангу с фиксированным концом для жесткого крепления на поверхности опорной конструкции и свободным концом, который перемещается относительно фиксированного конца, по крайней мере три троса, каждый из которых одним концом соединен со свободным концом штанги, средство развертывания, включающее три барабана, прикрепленные ко второму концу каждого троса для избирательного развертывания и втягивания штанги, вспомогательные средства развертывания, исполнительные органы, включая три шаговых электромотора, привод каждого электромотора соединен с одним из тросовых барабанов, датчики для контроля положения свободного конца штанги.

Однако указанная сборка штанги осуществляет только операцию перемещения груза вдоль оси штанги. Она является автоматическим устройством и требует для осуществления операций развертывания и складывания штанги потребления электрической энергии космического корабля. Необходим механизм осуществления электрических соединений с системами управления электропитания космического корабля. Не предусмотрены механизмы разворота полезного груза относительно корпуса космического корабля. Тросовая система расположена на наружных элементах конструкции, что увеличивает вероятность нарушения ее целостности и работоспособности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является приспособление для перемещения грузов за пределами космического корабля [2], содержащее установочный замок, поворотную площадку с осью вращения, перпендикулярной установочной поверхности, телескопическую балку, подвижно прикрепленную к поворотной площадке, механизмы разворотов и удлинения телескопической балки, узлы крепления оператора, механизм крепления грузов в виде зажимного устройства для грузов, подвижно установленный на конце балки.

Однако для оператора в скафандре, находящегося в условиях невесомости в открытом космическом пространстве, при фиксированном положении спины затруднительно одновременное выполнение операций разворотов и изменения длины балки, что часто необходимо при такелажных работах. Оператор вынужден одновременно переступать ногами для осуществления разворотов телескопической балки, манипулировать руками для воздействия на кривошипы выдвижения телескопической балки и наблюдать за грузом или за соответствием места нахождения конца телескопической балки и места нахождения груза.

Техническим результатом данного изобретения является создание благоприятных условий работы для оператора при установке устройства на корпус, например, космического корабля и при осуществлении операций переноса груза.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для перемещения грузов, преимущественно за пределами находящегося на орбите космического корабля, содержащем установочный замок, поворотную площадку с осью вращения, перпендикулярной установочной поверхности, телескопическую балку, подвижно прикрепленную к поворотной площадке, механизмы разворотов и удлинения телескопической балки, узлы крепления оператора, механизм крепления грузов, подвижно установленный на конце телескопической балки, в отличие от прототипа установочный замок выполнен в виде ручного рычажного механизма, механизмы разворотов телескопической балки выполнены в виде узлов ручного управления и размещены на поворотной площадке в зоне, доступной рукам оператора, механизм удлинения телескопической балки выполнен в виде ручного привода выдвижения и узлов выдвижения звеньев телескопической балки, механически соединенных с приводом выдвижения, размещенным на неподвижном звене телескопической балки в зоне, доступной рукам оператора, узлы выдвижения звеньев телескопической балки выполнены в виде системы тросов, размещенных внутри телескопической балки, где один конец первого троса закреплен на барабане привода выдвижения, а второй конец переброшен через ролик, закрепленный на дальнем конце неподвижного звена, и закреплен на ближнем конце первого подвижного звена, второй трос одним концом закреплен на ближнем конце неподвижного звена телескопической балки, далее переброшен через ролик, закрепленный на дальнем конце первого подвижного звена, и закреплен вторым концом на ближнем конце второго подвижного звена, третий трос выдвижения третьего подвижного звена одним концом закреплен на ближнем конце подвижного звена, отстоящего через одно предшествующее звено от выдвигаемого тросом звена, переброшен через ролик, закрепленный на дальнем конце звена, предшествующего выдвигаемому, и вторым концом закреплен на ближнем конце выдвигаемого звена, тросы выдвижения последующих звеньев установлены аналогично тросу выдвижения третьего подвижного звена, трос складывания звеньев телескопической балки одним концом через пружинный компенсатор натяжения троса соединен с последним подвижным звеном телескопической балки, а другим концом закреплен на барабане складывания ручного привода выдвижения, барабаны выдвижения и складывания механически взаимосвязаны и соединены с рукояткой управления выдвижением телескопической балки, узлы крепления оператора расположены по другую сторону относительно оси вращения поворотной площадки от узла крепления груза.

Реализацию устройства для перемещения грузов рассмотрим на примере конструкции, представленной на фиг. 1 - 7.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 - узел крепления оператора; на фиг. 3 - схема тросовой системы удлинения телескопической балки; на фиг. 4 - схема привода выдвижения звеньев телескопической балки; на фиг. 5 - схема установочного замка; на фиг. 6, 7 - механизм крепления грузов.

Устройство содержит неподвижную опору 1, на которой закреплен установочный замок 2, закрепляющий устройство на месте эксплуатации, например на внешней поверхности корпуса орбитального корабля. На неподвижной опоре 1 соосно оси 3, перпендикулярной установочной поверхности (т.е. перпендикулярной плоскости, проходящей через касательные к данной поверхности, если она криволинейна), на подшипниках 4 установлена поворотная площадка 5. На ней размещены два узла крепления оператора, каждый из которых содержит ограничитель движения пятки оператора 6, стойку 7, подвижную относительно стоек 7 скобу крепления носка обуви оператора 8 и замок крепления скобы, содержащий стойку 9, зажим 10, пружину 11 и винт 12. На поворотной площадке 5 на оси 13, перпендикулярной оси 3, подвижно установлена телескопическая балка 14, а также рукоятка 15 разворота площадки 5 вокруг оси 3, снабженная шестеренчатым понижающим редуктором поворота 16, и рукоятка 17 разворота телескопической балки вокруг оси 13, снабженная шестеренчатым понижающим редуктором 18. Входная шестерня редуктора 16 неподвижно закреплена на рукоятке 15 соосно с ней, выходная шестерня размещена на оси 3 неподвижной опоры 1. Входная шестерня редуктора 18 неподвижно закреплена на рукоятке 17 соосно с ней, выходная шестерня - на узле выдвижения 19 соосно оси 13. Телескопическая балка 14 содержит неподвижное звено 20 с закрепленным на ней узлом выдвижения звеньев 19 телескопической балки 14, подвижные звенья, например, 21, 22, 23, 24, роликовые опоры, например, 25, 26, 27, 28, размещенные на дальних от узла выдвижения 19 концах звеньев 20, 21, 22, 23, 24 телескопической балки 14, и узлы крепления тросов, например, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, размещенные на ближних от узла выдвижения 19 концах звеньев 20, 21, 22, 23, 24 телескопической балки 14, систему тросов. Система тросов, например, содержит трос 36, одним концом закрепленный на барабане 37 узла выдвижения 19, переброшенный через ролик 25, и вторым концом закрепленный за узел крепления 30; трос 38, одним концом закрепленный за узел крепления 29, переброшенный через ролик 26, и вторым концом закрепленный за узел крепления 32; трос 39, одним концом закрепленный за узел крепления 31, переброшенный через ролик 27, и вторым концом закрепленный за узел крепления 34; трос 40, одним концом закрепленный за узел крепления 33, переброшенный через ролик 28, и другим концом закрепленный за узел крепления 35; тросы выдвижения последующих звеньев, закрепленные аналогично тросу 40; трос складывания 41, одним концом через пружинный компенсатор 42 натяжения троса соединенный со звеном 24 телескопической балки 14, а другим концом закрепленный на барабане складывания 43. Привод узла выдвижения 19 закреплен на поворотной площадке 5 и неподвижном звене 20 телескопической балки 14 и содержит рукоятку 44, неподвижно закрепленную на оси 45, барабан 37, неподвижно закрепленный на оси 45, с закрепленным на его внешней поверхности одним концом троса 36, шестеренчатый редуктор 46 синхронизации натяжения тросов 36, 41, соединяющий оси барабанов 37, 43, барабан 43, неподвижно закрепленный на оси 47, с закрепленным на его внешней поверхности концом троса 41. Ось вращения 3 поворотной площадки 5 расположена между узлами крепления оператора и телескопической балкой. Установочный замок 2 содержит систему поворотных рычагов 48, соединенных подвижно планками 49 с поворотной рукояткой 50. На дальнем конце телескопической балки 14 подвижно закреплен механизм крепления грузов 51 с рукояткой фиксации положения груза 52. Механизм крепления грузов содержит корпус 53, подвижно установленный на нем на подшипниках 54 запорный диск 55 с рукояткой 56, сухари в виде постоянных магнитов 57 и механические затворы 58 с торцевыми концами, входящими в косые пазы запорного диска 55. Рукоятка 56 фиксируется подпружиненным роликом 59 в положениях рукоятки "открыто" и "закрыто" путем западания ролика в соответствующие вырезы на корпусе 53.

Устройство работает следующим образом. Перед установкой устройства на место эксплуатации установочный замок находится в положении "открыто", при этом поворотные рычаги утоплены внутрь корпуса замка. После установки на приемную поверхность рабочего места, имеющего неподвижные заплечики, рукоятка 50 замка 2 переводится в положение "закрыто", при этом рычаги 48 через систему планок 49 за счет смещения их осей вращения от оси замка выводятся за пределы корпуса замка, осуществляя захват за заплечики рабочего места и крепление всего устройства. При снятии устройства проводятся операции в обратном порядке. После установки устройства оператор закрепляется на поворотной площадке на узлах крепления оператора с упором пяткой в ограничитель движения пятки 6 с последующим закреплением носка обуви скобой 8 и замком крепления носка посредством установки зажима 10 на скобу 8 и закреплением скобы винтом 12. При вывинчивании винта 12 из стойки 9 пружина 11 приподнимает зажим 10, освобождая скобу 8 и ногу оператора. Вращая рукоятку 15 посредством понижающего редуктора 16 оператор производит замедленный разворот вокруг оси 3 поворотной площадки 5 с закрепленной на ней телескопической балкой 14. При этом оператор остается в положении "лицом к грузу". Вращая рукоятку 17 через понижающий редуктор 18, оператор выполняет замедленный подъем или опускание телескопической балки вокруг оси 13.

Для выполнения выдвижения предварительно сложенных выдвижных звеньев телескопической балки вращением рукоятки 44 приводится во вращение барабан 37. При этом на барабан наматывается закрепленный одним концом на его внешней поверхности трос 36. Трос 36 через ролик 25, закрепленный на дальнем конце неподвижного звена 20 и неподвижно закрепленный вторым концом на ближним конце 30 первого подвижного звена 21, выдвигает первое подвижное звено 21 вместе с роликом 26, что, в свою очередь, позволяет тросом 38, имеющим один конец, закрепленный за узел крепления 29 на ближнем конце неподвижного звена 20 телескопической балки, а другой - на ближнем конце 32 второго подвижного звена 22, одновременно приводить к выдвижению второго подвижного звена из первого подвижного звена вместе с роликом 27 и приводить в тоже время к равному выдвижению третьего подвижного звена 23 посредством троса 39, закрепленного на ближнем конце 31 первого подвижного звена 21, переброшенного через ролик 27 и вторым концом закрепленного на ближнем конце 34 третьего подвижного звена 23, вместе с роликом 28, закрепленным на дальнем конце третьего подвижного звена 23. Одновременно тросом 40, закрепленным на ближнем конце 33 второго подвижного звена 22 и другим концом на ближнем конце 35 четвертого подвижного звена 24, через ролик 28 четвертое подвижное звено 24 выдвигается на равное расстояние. По аналогии крепятся тросы последующих звеньев телескопической балки, что приводит к одновременному выдвижению всех подвижных звеньев телескопической балки на равные расстояния. Благодаря такой схеме выдвижения оператор по степени выдвижения первого звена телескопической балки способен оценить общее удлинение всей телескопической балки. При этом с наматыванием троса 36 на барабан 37 синхронно производится сматывание троса 41 с барабана 43 посредством редуктора 46, обеспечивающего соответствие линейных скоростей выдвижения телескопической балки и удлинения свободного конца троса 41, например, при четырех выдвигаемых звеньях линейная скорость троса 41 должна быть в четыре раза выше линейной скорости троса 36. Пружинный компенсатор натяжения троса 42 способствует равномерному движению троса без рывков, сохраняя первоначальное натяжение троса на время эксплуатации. При обратном вращении рукоятки 45 трос 41 наматывается на барабан 43. Трос 41 втягивает последнее звено 24 телескопической балки 14, и система тросов выдвижения осуществляет обратный перекат тросов 36, 38, 39, 40, производя равномерное одновременное складывание всех звеньев телескопической балки.

Механизм крепления грузов 51 подвижно закреплен на последнем звене телескопической балки 14 и создает с рукояткой фиксации положения груза 52 винтовую пару, что позволяет закрепить механизм крепления грузов 51 под необходимым углом к телескопической балке 14. Груз, устанавливаемый на механизм крепления груза, должен содержать стальную магнитопроводящую сферу, сопрягаемую с внутренней сферой замка 51. Перед установкой груза рукоятка 56 отведена в положение "открыто", при этом косые пазы на запорном диске 55, взаимодействуя с торцевыми пальцами механических затворов 58, разводят затворы за пределы сферы полезного груза. При введении сферы груза внутрь замка намагниченные сухари 57 охватывают сферу груза, осуществляя его предварительный захват. В этом случае при установке груза в условиях орбитальной невесомости не требуется постоянных усилий удержания оператора-такелажника до окончательного закрепления груза. Окончательное закрепление груза осуществляется путем поворота рукоятки 56 в положение "закрыто". В этом случае механические затворы 58 под воздействием торцевых пальцев надежно дополнительно охватывают установочную сферу груза, поджимая груз к внутренней сферической поверхности корпуса 53. Для освобождения груза рукоятка 56 переводится в положение "открыто" и груз сдергивается вручную с определенным незначительным усилием с сухарей 57 и освобождается от механизма крепления груза. При наличии фиксации рукояток 15, 17, 44, 52, 56 работы могут производиться одним или двумя операторами.

Литература.

1. Патент США N 5857648.

2. Заявка Германии DE 19525359C1.

3. Патент США N 4079904.

4. Патент США N 5501114.

5. Патент США N 4373690.

6. Патент США N 4955654.

7. Патент США N 4177964.

8. Патент США N 5813632.

9. Патент США N 4664344.

10. Патент EP 0858946A1.

11. Патент EP 0481888A1.

12. Сыромятников В.С. "Стыковочные устройства космических аппаратов", М. , "Машиностроение", 1984.

13. "Справочник по кранам" под ред. Гохберга М.М., "Машиностроение. Ленинградское отделение", т. 2, 1998.

14. Петухов П. З. , Ксюнин Г.П., Сермин Л.Г. "Специальные краны", М., "Машиностроение", 1985.

Изобретение относится к космической технике, а именно к средствам обеспечения внекорабельной деятельности оператора. Предлагаемое устройство содержит установочный замок, выполненный в виде ручного рычажного механизма, поворотную площадку и телескопическую балку, подвижно прикрепленную к этой площадке. Механизмы разворотов балки в виде узлов ручного управления размещены на поворотной площадке в доступной рукам оператора зоне. Механизм удлинения балки размещен на ее неподвижном звене в зоне, доступной рукам оператора. Он представляет собой привод с узлами выдвижения звеньев балки при посредстве размещенных внутри балки тросов и роликов. При этом трос складывания звеньев телескопической балки одним концом через пружинный компенсатор натяжения троса соединен с последним подвижным звеном телескопической балки, а другим концом закреплен на барабане складывания ручного привода выдвижения. Узлы крепления оператора расположены по другую сторону от узла крепления груза относительно оси вращения площадки. Изобретение обеспечивает создание благоприятных условий работы для оператора при установке устройства на корпус, например, космического корабля и при осуществлении операции переноса груза. 7 ил.

Устройство для перемещения грузов, преимущественно за пределами находящегося на орбите космического корабля, содержащее установочный замок, поворотную площадку с осью вращения, перпендикулярной установочной поверхности, телескопическую балку, подвижно прикрепленную к поворотной площадке, механизмы разворотов и удлинения телескопической балки, узлы крепления оператора, механизм крепления грузов, подвижно установленный на конце телескопической балки, отличающееся тем, что установочный замок выполнен в виде ручного рычажного механизма, механизмы разворотов телескопической балки выполнены в виде узлов ручного управления и размещены на поворотной площадке в зоне, доступной рукам оператора, механизм удлинения телескопической балки выполнен в виде ручного привода выдвижения и узлов выдвижения звеньев телескопической балки, механически соединенных с приводом выдвижения, размещенным на неподвижном звене балки в зоне доступной рукам оператора, узлы выдвижения звеньев телескопической балки выполнены в виде системы тросов, размещенных внутри телескопической балки, причем один конец первого троса закреплен на барабане привода выдвижения, а второй конец переброшен через ролик, закрепленный на дальнем конце неподвижного звена, и закреплен на ближнем конце первого подвижного звена, второй трос одним концом закреплен на ближнем конце неподвижного звена телескопической балки, далее переброшен через ролик, закрепленный на дальнем конце первого подвижного звена, и закреплен вторым концом на ближнем конце второго подвижного звена, третий трос выдвижения третьего подвижного звена одним концом закреплен на ближнем конце подвижного звена, отстоящего через одно предшествующее звено от выдвигаемого тросом звена, переброшен через ролик, закрепленный на дальнем конце звена, предшествующего выдвигаемому, и вторым концом закреплен на ближнем конце указанного выдвигаемого звена, а тросы выдвижения последующих звеньев установлены аналогично тросу выдвижения третьего подвижного звена, при этом трос складывания звеньев телескопической балки одним концом через пружинный компенсатор натяжения троса соединен с последним подвижным звеном телескопической балки, а другим концом закреплен на барабане складывания ручного привода выдвижения, барабаны выдвижения и складывания механически взаимосвязаны и соединены с рукояткой управления выдвижением телескопической балки, а узлы крепления оператора расположены по другую сторону от узла крепления груза относительно оси вращения поворотной площадки.