ГРУЗОЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ КРУПНОГАБАРИТНОГО ЗЕРКАЛА ТЕЛЕСКОПА С ЦЕНТРАЛЬНЫМ ОТВЕРСТИЕМ Российский патент 2025 года по МПК B66C1/42 G03B7/18 

Изобретение относится к устройствам для подъема и переноса крупногабаритных изделий и может использоваться при создании средств подъема и переноса крупногабаритных зеркал телескопов с центральным отверстием.

Зеркала телескопов изготавливаются обычно из стекла или стеклокерамического материала с полированной до нанометрической точности верхней рабочей поверхностью, поэтому при его подъеме и переносе внутри цеховых помещений, установке в контейнер или на рабочее место, требуется сохранить как целостность зеркала в целом, так и точность формы полированной рабочей поверхности. Размер полированной рабочей поверхности бывает достаточно большим - до 6 метров в диаметре при весе зеркала в несколько тонн. Поэтому установка зеркала в контейнер или на рабочий станок должна быть достаточно плавной. А зеркало должно быть разгружено для предотвращения необратимых пластических деформаций.

Для подъема грузов известна целая серия различных траверс, текстильных строп, которые можно использовать для подъема и переноса зеркала телескопа (Г.С. Котиков. «Монтаж оборудования промышленных предприятий». Обнинск. 2007, стр. 41,42).

Например, можно использовать три текстильных стропа, которые обхватывают зеркало с тыльной стороны, один конец касается внешней образующей зеркала, а второй конец касается внутренней образующей зеркала (отверстие) и оба конца стропа в виде петли крепятся на крюк крана.

Крупногабаритные зеркала телескопов в последнее время изготавливают, как правило, в виде менисков с отношением толщины зеркала к его диаметру 1/20-1/50, поэтому такой способ подъема зеркала может привести к недопустимым пластическим деформациям зеркала и, как следствие, необратимым изменениям формы рабочей поверхности зеркала.

В способе захвата зеркала с помощью трех текстильных строп не обеспечивается разгрузка зеркала с нижней тыльной поверхности с целью предотвращения перегрузок, превышающих допустимый предел появления пластических деформаций. Трех строп, как правило, бывает недостаточно. Увеличение количества строп не приведет к требуемому результату, поскольку зеркало все равно будет опираться на три базовые стропы.

Кроме того, к тыльной поверхности, как правило, приклеиваются инваровые элементы системы разгрузки зеркала. В этом случае текстильные стропы, прилегающие к тыльной поверхности зеркала, могут налагаться на данные элементы, что недопустимо.

В обсерватории Аризоны используют способ подъема зеркала с помощью вакуумных присосок (https.//giantmagellan.org/gallery/primary-mirrors/#data-fancybox-9). В этом случае можно использовать подъем зеркала только в цеховых условиях при наличии системы вакуумирования.

Возможен подъем зеркала подъемным механизмом за центральное отверстие. Но в этом случае деформации зеркала от гравитации могут превышать допустимые и возникнут пластические деформации зеркала.

Известно использование бельгийской фирмой AMOS грузозахватного устройства (ГЗУ) для транспортировки четырехметрового зеркала телескопа (High-precision mechanical assemblies https://www.amos.be/teclmology/high-precision-mechanical-assemblies). Устройство выполнено в виде несущей балки, ближе к концам которой закреплены две поперечные балки, к концам которых подвешены грузонесущие тяги площадками-опорами для зеркала телескопа. Таким образом, зеркало будет висеть на четырех опорах, что явно недостаточно для сохранения деформации зеркала в допустимых пределах.

Известно устройство для загрузки транспортно-пускового контейнера в вертикальную пусковую установку корабля (RU 2791779 С2, опубл. 13.03.2023 г.), включающее грузовую балку с бугельными направляющими, элементы фиксации груза, траверсу и поворотное устройство. Устройство усложнено силовыми элементами и поворотным механизмом, что делает его неприемлемым для целей изобретения.

Ближайшим к предлагаемому по назначению может служить грузозахватное устройство (ГЗУ) на основе трехлучевой траверсы (Г.С.Котиков. «Монтаж оборудования промышленных предприятий». Обнинск. 2007, стр. 42, рис. 6.2). Концы лучей траверсы образуют равносторонний треугольник, к вершинам которого подвешивают грузозахватные приспособления, например, стропы, канаты, тяги. Такая траверса пригодна для подъема крупногабаритного груза, но требует специфического усовершенствования, т.к. при использовании для подъема зеркала телескопа зеркало будет испытывать из-за малого количества опорных точек (трех) повышенные деформации, превышающие допустимые (по расчетам принято считать, что нагрузки на зеркало не должны превышать 5 Мпа).

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является сохранение целостности и точности формы полированной рабочей поверхности крупногабаритного менискового зеркала телескопа с центральным отверстием, повышение надежности процесса транспортировки.

Для достижения технического результата в грузозахватном устройстве (ГЗУ) для транспортировки крупногабаритного зеркала телескопа с центральным отверстием на основе трехлучевой траверсы, к вершинам которой подвешены грузозахватные приспособления, в отличие от известного, три траверсы подвешены через шаровые шарниры с возможностью его фиксации к вершинам несущей треугольной плиты таким образом, чтобы две вершины каждой траверсы находились над окружностью, равной диаметру зеркала, а одна вершина - над окружностью, равной диаметру центрального отверстия, к вершинам каждой траверсы шарнирно подвешены с возможностью поворота вокруг оси жесткие грузонесущие Г-образные тяги с опорными шарнирно закрепленными площадками на концах, при этом на несущей треугольной плите снизу закреплены симметрично три центрирующие штанги под углом 120° с направляющим роликом и болтом на конце и на окружности, меньшей диаметра центрального отверстия, в центре несущей плиты - центрирующий шток - ловитель, на ее верхней поверхности - петля для крюка подъемного механизма, кроме того, на каждой траверсе закреплен соединенный с внутренней тягой ручной привод ее поворота с маховиком и фиксирующим винтом, внизу траверсы выполнено место для подвешивания тяги с грузом для испытания ГЗУ, к внутренним вершинам траверс подвешены противовесы для балансировки траверс.

Таким образом, несущая треугольная плита, реализующая аналогично трехлучевую траверсу, передает функцию захвата зеркала трем подвешенным к ней шарнирно и симметрично трехлучевым траверсам. К трем вершинам трех траверс подвешены девять грузозахватных тяг с опорными площадками, и в результате вес зеркала будет равномерно распределен на шести периферийных опорах по окружности зеркала и на трех центральных опорах - по окружности центрального отверстия, что и обеспечит достижение технического результата.

Три шаровых шарнира несущей плиты, на которых подвешены три траверсы, несут на себе всю массу зеркала, поэтому они должны быть установлены точно над центрами масс соответствующих секторов зеркала с углом 120° (один из секторов ABCD показан на фиг.4). Местоположение центра масс сектора (расстояние от центра зеркала r_ц.м.) рассчитывается в зависимости от массы зеркала, его радиуса и радиуса центрального отверстия по известным формулам (см. например https://razvit.ie-pu.ru/?page_id=3207).

где m_i и r_i - массы и радиусы-векторы элементарных ячеек, принадлежащих сектору зеркала. Приблизительно этот радиус равен:

где R - радиус детали, r - радиус отверстия, α=2π/3 (120°).

Это расстояние r_ц.м. на несущей плите ГЗУ будет соответствовать расстоянию от центра несущей плиты до центра шарового шарнира, которое и будет учитываться при проектировании ГЗУ для данного зеркала.

Изобретение поясняется чертежом, где:

фиг. 1 - внешний вид ГЗУ спереди;

фиг. 2 - внешний вид ГЗУ снизу;

фиг. 3 - вид ГЗУ с захваченным зеркалом;

Фиг. 4 - схема захвата зеркала с помощью ГЗУ.

Предлагаемое грузозахватное устройство (ГЗУ) для транспортировки зеркала телескопа, установки его на станок для обработки, в стенд контроля, а также в контейнер для зеркал телескопов состоит из трех трехлучевых траверс 1,2,3 (фиг. 1,2), шарнирно подвешенных с помощью шарнирных стаканов 4 с шаром внутри к несущей треугольной плите 5, а именно к ее вершинам (углам).

Каждая траверса выполнена в виде трех выходящих из одного центра балок (лучей), дополнительно обшитых сверху и снизу треугольными металлическими листами (фиг. 2).

Каждый шарнир в стакане может фиксироваться рукояткой 6. К трем вершинам каждой из трех трехлучевых траверс 1,2,3 жестко подвешены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси грузонесущие Г-образные тяги 7 с опорными шарнирно закрепленными площадками 8 на концах.

Тяги 7 имеют возможность поворачиваться вокруг оси и площадки 8, соответственно, вводиться внутрь траверсы под зеркало и выводиться наружу от зеркала. Каждое положение может фиксироваться поворотом рукоятки 9. Траверсы 1,2,3 установлены относительно плиты 5 таким образом, что две их вершины с тягами 7 будут расположены вне плиты 5 на окружности, равной диаметру зеркала, а одна вершина с тягой 7 под плитой 5 на окружности, равной диаметру центрального отверстия зеркала. К низу плиты 5 закреплены три центрирующие штанги 10 под углом 120° друг к другу и на окружности, диаметром немного (~5-10%) меньшим диаметра центрального отверстия зеркала. Штанги 10 снабжены в нижней части направляющими роликами 11 и болтом 12 на конце. В центре плиты 5 закреплен ловитель 13 в виде жесткого штока.

Для поворачивания трех внутренних тяг 7 траверсы снабжены ручным приводом 14 с маховиком 15 и фиксирующим винтом 16. Внизу каждой траверсы в центре предусмотрено место 17 для подвешивания тяг с грузами для испытания ГЗУ (фиг. 2).

На опорные площадки 8 должны быть наклеены резиновые прокладки (не показаны) или полиэтиленовые ленты с липким слоем.

На верхней поверхности плиты закреплена по ее геометрической оси петля 18 для крюка (гака) подъемного крана.

Балансировка каждой траверсы осуществляется с помощью противовеса 19 (фиг. 2), подвешенного на ее внутренней вершине.

ГЗУ функционирует следующим образом (на примере работы с зеркалом диаметром 3700 мм с центральным отверстием диаметром 700 мм) с захватом зеркала в последующих операциях:

1. Траверсы 1,2,3 (фиг. 1) жестко закрепляют на несущей плите 5 с помощью рукоятки 6 поворотом последних против часовой стрелки.

2. Вращением против часовой стрелки маховиков 15 ручных приводов 14 на каждой из 3-х траверс внутренние три опоры 8 выводят внутрь в нерабочее положение и их фиксируют винтом 16.

3. Поворотом рукояток 9 периферийные опоры 8 выводят также в нерабочее положение (положение наружу) и фиксируют рукоятками.

4. ГЗУ подвешивают на гаке подъемного механизма и его движениями по 3-м координатным направлениям грузозахватное устройство подводят в зону зеркала и медленно опускают над зеркалом.

Перекос ГЗУ на гаке относительно зеркала недопустим, т.е. при горизонтальном положении ГЗУ на гаке должен быть обеспечен режим «свободного подвеса ГЗУ». Тонкими подвижками гака необходимо добиться центрировки ГЗУ относительно центрального отверстия зеркала.

При этом направляющие ролики 11, установленные на штоках 10, обеспечивают контакт с центральным отверстием зеркала.

Опускание ГЗУ производится до момента контакта упорных болтов 12, установленных на штангах 10, с опорной поверхностью, расположенной под зеркалом в зоне центрального отверстия. При этом страховка гаком положения ГЗУ в зоне зеркала должна сохраняться.

5. Для захвата зеркала вращением по часовой стрелке маховиков 15 ручных приводов на каждой из трех траверс три внутренние опоры 8 вводят в рабочее положение (наружу). Положение фиксируют винтом 16.

6. Поворотом рукояток 9 на 180° шесть периферийных опор 8 также вводят в рабочее положение (внутрь) и фиксируют рукоятками.

7. Поворотом рукояток 6 по часовой стрелке (до упора) высвобождают шарнирные подвесы траверс 1, 2, 3 на центральной плите 5.

8. Медленными перемещениями грузоподъемного механизма производят подъем гака с ГЗУ до полного контакта опорных площадок 8 с тыльной нижней поверхностью зеркала, т.е. выбирают первоначальный зазор между тыльной стороной зеркала и опорами 8.

9. «Захваченное» ГЗУ зеркало (фиг.3) поднимают до необходимой высоты и транспортируют грузоподъемным механизмом в необходимом направлении.

Отсоединение ГЗУ от зеркала происходит следующим образом: 1. Зеркало переносят в заданную зону и опускают на предназначенный ему ложемент (оправа, контейнер и т.д.) до полной его остановки.

2. ГЗУ опускают дополнительно еще на 15-20 мм до упора штанг 10 с болтами 12 в опорную поверхность под зеркалом. При этом движении прерывается механический контакт зеркала с 9 опорами 8, т.е. создается зазор между опорами и нижней (тыльной) поверхностью зеркала.

3. Рукоятками 6 производят закрепление траверс 1, 2, 3 на несущей плите 5.

4. Вращением против часовой стрелки маховиков 15 ручных приводов на каждой из 3-х траверс три центральные опоры 8 выводят в нерабочее положение.

5. Поворотом рукояток 9 на 180° шесть периферийных опор 8 выводят в нерабочее положение.

6. ГЗУ движением гака вверх выводят из зоны зеркала.

ГЗУ изготавливается промышленным способом в основном из сварных и точеных конструкций, с использованием резинотехнических изделий.

На практике оптический контроль после перемещения зеркала диаметром 3700 мм толщиной 165 мм к телескопу показал, что точность полированной асферической формы рабочей поверхности зеркала не изменилась, значит, ГЗУ обеспечило достижение технического результата.

Грузозахватное устройство (ГЗУ) предназначено и может быть использовано для транспортировки крупногабаритных зеркал телескопов с центральным отверстием. ГЗУ содержит центральную несущую плиту с петлей для подъемного крана, три траверсы, шарнирно подвешенные в вершинах несущей плиты, каждая траверса имеет две внешние несущие тяги и одну внутреннюю тягу, установленные в вершинах траверсы для подъема зеркала. Тяги имеют возможность поворота вокруг вертикальной оси для ввода и вывода грузонесущих площадок тяг под зеркало и от зеркала. На каждой траверсе закреплен соединенный с внутренней тягой ручной привод ее поворота с маховиком и фиксирующим винтом, а внизу траверсы выполнено место для подвешивания тяги с грузом для испытания ГЗУ. Каждая траверса снабжена грузом для балансировки ее в горизонтальном положении. Достигается сохранение целостности и точности формы полированной рабочей поверхности зеркала, повышение надежности процесса транспортировки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Грузозахватное устройство (ГЗУ) для транспортировки крупногабаритного зеркала телескопа с центральным отверстием на основе трехлучевой траверсы, к вершинам которой подвешены грузозахватные приспособления, отличающееся тем, что траверсы в количестве трех подвешены через шаровой шарнир с возможностью его фиксации к вершинам несущей треугольной плиты таким образом, чтобы две вершины каждой траверсы находились над окружностью, равной диаметру зеркала, а одна вершина - над окружностью, равной диаметру центрального отверстия зеркала, к вершинам каждой траверсы подвешены с возможностью поворота вокруг оси жесткие грузонесущие Г-образные тяги с опорными шарнирно закрепленными площадками на концах, при этом на несущей треугольной плите закреплены симметрично центрирующие штанги с направляющими роликами и болтом на конце и на окружности, меньшей диаметра центрального отверстия, а в центре несущей треугольной плиты - центрирующий шток-ловитель, на ее верхней поверхности - петля для крюка подъемного механизма, кроме того, на каждой траверсе закреплен соединенный с внутренней тягой ручной привод ее поворота с маховиком и фиксирующим винтом, внизу траверсы выполнено место для подвешивания тяги с грузом для испытания ГЗУ, к внутренним вершинам траверс подвешены противовесы для балансировки траверс.

2. Грузозахватное устройство (ГЗУ) для транспортировки крупногабаритного зеркала телескопа с центральным отверстием по п. 1, отличающееся тем, что на опорные площадки тяг наклеены резиновые прокладки.

3. Грузозахватное устройство (ГЗУ) для транспортировки крупногабаритного зеркала телескопа с центральным отверстием по п. 1, отличающееся тем, что на опорные площадки тяг наклеены полиэтиленовые ленты с липким слоем.