Способ закрепления объекта на платформе транспортного средства и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и устройствам для закрепления объектов на платформе транспортного средства и может быть использовано в ракетно-космической технике. Способ закрепления объекта на платформе 5 транспортного средства включает установку объекта на опоры 3, 4, приложение к консольной части объекта регулируемого усилия подпора дополнительной опорой 6, контроль усилия подпора до необходимого уровня и фиксацию объекта на дополнительной опоре от вертикальных перемещений. Устройство для осуществления способа содержит закрепленные на платформе и соединенные с объектом основные опоры 3 и 4 и создающую подпирающее усилие дополнительную опору 6, содержащую корпус, в котором размещен соединенный с консольной частью объекта шток с буртиком, выполненным с возможностью взаимодействия нижним торцом с установленными на штоке пружиной и охватывающей ее гильзой, а верхним торцом - с крышкой корпуса. Высота гильзы равна высоте пружины, сжатой до рабочего состояния. Фиксация дополнительной опоры от вертикальных перемещений осуществляется соединением крышки с корпусом. Изобретение уменьшает динамические нагрузки на элементы объекта. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам и устройствам для закрепления объектов, преимущественно космических аппаратов, ракет и их узлов на платформе транспортного средства, и может быть использовано в ракетно-космической технике.

В результате анализа патентной и научно-технической литературы, в качестве прототипа заявленного способа и устройства принято техническое решение по а.с. СССР №457623, кл. В 60 Р 7/08, 1975 г., в котором описано устройство и осуществляемый им способ крепления груза, а именно:

- способ закрепления объекта на платформе транспортного средства, заключающийся в том, что объект устанавливают на опоры и закрепляют на последних, к консольной части объекта прилагают регулируемое усилие подпора дополнительной опорой;

- устройство для осуществления указанного способа содержит закрепленные на платформе и соединенные с объектом основную и дополнительную опоры, дополнительная опора служит для создания подпирающего усилия на консольной части объекта и включает в себя корпус, соединенный с платформой, размещенные в нем пружину и шток, соединенный с объектом и установленный с возможностью перемещения относительно корпуса, и крышку корпуса.

Недостатком данного способа закрепления объекта является возможность упругих перемещений консольной части объекта под дополнительной опорой в процессе транспортировки.

При реализации данного способа для закрепления объекта на платформе в процессе транспортировки появляется возможность “раскачивания” закрепляемой конструкции на подпружиненной дополнительной опоре, что может привести к появлению остаточных деформаций в элементах конструкции, к изменению геометрических параметров при действии многоцикловых нагрузок, например, ферм из композиционных материалов. Остаточные деформации недопустимы для конструкций космических аппаратов, на которых установлены приборы, юстируемые относительно базовых плоскостей конструкции, например, фермы антенных блоков, рамы двигательных установок, платы датчиков системы ориентации и стабилизации, так как уход площадок юстирования неустраним на техническом комплексе при подготовке космических аппаратов к пускам, что приводит к снижению их технических характеристик.

Недостатком известного устройства (а.с. СССР №457623, кл. В 60 Р 7/08, 1975 г.) для осуществления указанного способа является неопределенность усилия подпора, создаваемого дополнительной опорой на консольной части объекта, и нежесткость самой дополнительной опоры. В процессе транспортировки данная опора может перемещаться и подпираемая ею часть конструкции транспортируемого объекта будет колебаться, “раскачиваться”, как отмечалось выше. Величина реакции такой опоры все время будет меняться и, следовательно, узлы крепления консольной части конструкции к корпусу и сама конструкция будут испытывать знакопеременное нагружение, что при длительных воздействиях (длительной транспортировке) может привести к остаточным деформациям и накоплению повреждений в конструкции, к изменению геометрических параметров, например искривлению оси длинномерной конструкции, выполненной из композиционного материала. Упругая дополнительная опора в виде пружины не обеспечивает неизменность геометрических и жесткостных характеристик конструкции космических аппаратов при транспортировке, что может привести к возникновению низкочастотных колебаний, к большим динамическим нагрузкам, к уходу юстируемых площадок под приборы.

Целью предлагаемого способа и устройства для закрепления транспортируемого объекта является сохранение геометрических параметров длинномерной конструкции при действии статических и циклических знакопеременных нагрузок, а также увеличение жесткостных характеристик конструкции при транспортировке.

Поставленная цель в предлагаемом способе достигается путем введения контроля усилия подпора, приложенного к консольной части объекта с помощью дополнительной опоры, и последующей фиксации перемещений объекта относительно дополнительной опоры. Операция контроля усилия подпора в предлагаемом способе закрепления необходима для подтверждения достоверности приложенной величины подпирающего усилия, которую выбирают из условия исключения статического прогиба консольной части объекта в необходимых местах (например, в местах установки юстируемых приборов). Одновременно уменьшаются прогибы длинномерного объекта по всей длине упругой линии его консольной части. Места подпора и величину подпора определяют расчетным путем, при необходимости, с экспериментальной проверкой результатов расчетов.

После контроля величины усилия подпора производят фиксацию перемещений перевозимого объекта относительно дополнительной опоры в вертикальном направлении, а следовательно, и платформы транспортного средства путем ее блокировки с образованием жесткой связи между объектом и платформой транспортного средства с целью исключения колебаний (“раскачивания”) консольной части объекта и увеличения жесткостных характеристик конструкции при транспортировке.

За счет предлагаемых операций заявленный способ исключает изгибные колебания консольной части объекта в месте подпора при транспортировке объекта, уменьшает изгибные колебания объекта между дополнительной опорой и основными опорами, а также исключает возможность появления резонансных колебании места подпора объекта из-за неблагоприятных сочетаний жесткостных характеристик объекта и средств подпора, так как подпор без фиксации может стать источником резонансных колебаний объекта при транспортировке за счет возможности перемещений места подпора объекта относительно средств подпора в вертикальном направлении.

Для осуществления заявленного способа предлагаемое устройство дополнительной опоры снабжено установленной в корпусе цилиндрической гильзой, охватывающей пружину с заданной характеристикой, причем высота гильзы равна высоте пружины, сжатой до рабочего состояния, а на штоке выполнен буртик, нижним торцом взаимодействующий с пружиной и гильзой, а верхним торцом - с крышкой корпуса.

Как и в известном техническом решении регулируемое усилие подпора на консольной части объекта создается пружиной сжатия с заданной характеристикой, размещенной вместе со штоком в корпусе дополнительной опоры. Но в отличие от прототипа заявленное устройство позволяет просто с помощью дополнительной опоры проконтролировать усилие подпора. Для этого служит установленная в корпусе опоры цилиндрическая гильза, охватывающая пружину, при этом высота гильзы такова, что при сжатии пружины до рабочего состояния гильза оказывается зажатой между буртиком штока и корпусом и ее вращение становится невозможным. При этом дальнейшее сжатие пружины становится также невозможным. Таким образом гильза ограничивает (при этом она своим верхним торцом упирается в нижний торец буртика штока) сжатие пружины до величины, равной величине заданного усилия подпора. Если гильза не будет зажата между буртиком штока и корпусом, то это будет означать, что заданное усилие подпора не достигнуто и невозможно будет осуществить фиксацию дополнительной опоры путем крепления крышки и корпуса, т.е. устройство опоры однозначно позволяет создать усилие подпора заданной величины, никакое другое усилие приложить к подпираемому объекту невозможно с помощью предлагаемой опоры.

Таким образом, в предлагаемом устройстве усилие подпора определяется заданной характеристикой пружины и высотой гильзы, охватывающей пружину.

Наличие гильзы, взаимодействующей с нижним буртиком штока, позволяет фиксировать перемещение объекта при действии на него перегрузок, направленных вниз (сжатие дополнительной опоры), а фиксация перемещений объекта при действии перегрузок, направленных вверх (растяжение дополнительной опоры), осуществляется с помощью крышки, соединенной с корпусом и взаимодействующей с верхним торцом буртика штока.

В рабочем положении дополнительной опоры необходимо взаимодействие (контактирование) гильзы с нижним торцом буртика штока, а крышки корпуса - с верхним торцом буртика штока, при этом опора становится жесткой, воспринимает вертикальные перегрузки, действующие на консольную часть перевозимого объекта, и исключает перемещения (“раскачивание”) объекта на пружине дополнительной опоры относительно платформы транспортного средства.

При вращении корпуса для обжатия пружины за счет сил трения на торцах пружины возможно ее скручивание. Для предотвращения скручивания пружины на шток дополнительной опоры между корпусом с одной стороны и пружиной с гильзой с другой стороны установлена втулка, закрепленная на штоке от действия крутящего момента (т.е. проворота), но с возможностью перемещения вдоль штока, например, с помощью шпонки, размещенной в продольном пазу штока. При вращении корпуса сжатие пружины через втулку будет происходить без закручивания, так как втулка не будет вращаться относительно штока, а лишь перемещаться вдоль него, а корпус может свободно вращаться относительно втулки.

Для удобства эксплуатации и осуществления контроля заданного усилия подпора, т.е. контроля сжатия пружины до рабочего состояния, на боковой поверхности цилиндрической гильзы выполнена насечка, а на крышке корпуса - окна для ручного вращения гильзы. Наличие или отсутствие зазора между буртиком штока и верхним торцом гильзы можно контролировать визуально, а также вращением гильзы относительно штока. При исчезновении зазора между торцом гильзы и буртиком штока вращение гильзы становится невозможным, что будет свидетельствовать о достижении заданного усилия подпора на консольной части транспортируемого объекта.

Конструкция предлагаемой опоры позволяет создать предварительный подпор определенной величины на консольной части объекта путем подбора пружины соответствующего усилия и сжатия ее на заданную величину, что определяется высотой охватывающей пружину цилиндрической гильзы. Конструкция опоры обеспечивает простой контроль созданного усилия подпора по вращению гильзы относительно штока: при обжатии пружины до рабочего состояния гильза будет контактировать с буртиком штока и ее невозможно будет повернуть. После создания и контроля достигнутого усилия подпора конструкция опоры позволяет зафиксировать перемещения объекта относительно дополнительной опоры путем ее блокировки с образованием жесткой связи между объектом и платформой транспортного средства. Фиксация перемещений опоры и превращение ее в жесткую подпорку производится с помощью крышки, контактирующей с верхним торцом буртика штока и соединенной с корпусом.

На фигуре 1 изображена общая схема закрепления объекта на основные и дополнительную опоры на платформе транспортного средства, на фигуре 2 - общий вид дополнительной опоры.

Транспортируемый объект, состоящий из корпуса 1 и консольной части 2 (длинномерной конструкции, консольно закрепленной на корпусе 1), через основные опоры 3 и 4, контактирующие с корпусом 1, установлен и закреплен на платформе 5 транспортного средства. Дополнительная опора 6 установлена и закреплена на платформе 5 транспортного средства и подпирает консольную часть 2 объекта с определенным усилием.

Дополнительная опора 6 состоит из пружины 7, охватывающей ее цилиндрической гильзы 8, установленной на шток 9 и расположенной между буртиком 10 штока 9 и корпусом 11. Верхний конец штока 9 с помощью, например, болтового соединения 12 соединен с подпираемой консольной частью 2 объекта. Корпус 11 закреплен на платформе 5 транспортного средства, например, через основание 13 с помощью болтового соединения 14.

Для исключения скручивания пружины 7 при вращении корпуса 11 (в процессе создания и регулировки усилия подпора) служит втулка 15, установленная на штоке 9 между пружиной 7 и гильзой 8 с одной стороны и корпусом 11 с другой стороны и связанная со штоком 9, например, шпонкой 16, размещенной в продольном пазу 17 штока 9. При сборке и установке опоры шток 9 может свободно перемещаться вдоль корпуса 11 и втулки 15, а гильза 8 свободно вращается относительно штока 9. Для фиксации опоры и исключения продольных перемещений штока 9 в рабочем положении опоры (при обжатой пружине 7 до высоты охватывающей ее гильзы 8) служит крышка 18, установленная на верхний торец буртика 10 штока 9 и соединенная с корпусом 11, например, с помощью накидной (фигурной) гайки 19. После взаимной фиксации корпуса 11 и крышки 18 посредством накидной (фигурной) гайки 19 все элементы дополнительной опоры 6 блокируются (не имеют возможности перемещения или вращения). Пружина 7 обжата до высоты охватывающей ее гильзы 8 (дальнейшее сжатие пружины 7 невозможно), шток 9 находится в статичном положении, его перемещение вдоль корпуса 11 невозможно, гильза 8 "зажата" между нижним торцом буртика 10 штока 9 и втулкой 15 корпуса 11. Крышка 18, своей верхней частью установленная (контактирующая) на верхний торец буртика 10 штока 9, своей нижней частью закреплена на корпусе 11 посредством резьбового фиксатора, выполненного в виде фигурной гайки 19. Для удобства эксплуатации (при проведении контроля усилия, создаваемого дополнительной опорой 6) на боковую поверхность гильзы 8 нанесена насечка 20, а в крышке 18 выполнены окна 21.

Закрепление объекта, состоящего из корпуса 1 и консольной части 2, на платформе транспортного средства 5 по заявленному способу производят следующим образом.

Корпус 1 объекта устанавливают и закрепляют на основные опоры 3 и 4 (см. фигуру 1), предварительно закрепленные на платформе 5 транспортного средства. Под консольную часть 2 объекта устанавливают (подводят) дополнительную опору 6, имеющую конструкцию заявленного устройства (см. фигуру 2) в место, предусмотренное конструкторской документацией, закрепляют корпус 11 опоры с помощью болтового соединения 14 на платформе 5 транспортного средства, а шток 9 - на консольной части 2 транспортируемого объекта. Перед началом создания усилия подпора отсутствует контакт между пружиной 7 и буртиком 10 штока 9.

Затем создают заданное усилие подпора на консольную часть 2 объекта, вращая корпус 11 и сжимая пружину 7 до тех пор, пока она не будет сжата до рабочего состояния, до высоты охватывающей ее гильзы 8. При вращении (вывинчивании из основания 13) корпуса 11 сначала произойдет контакт пружины 7 с нижним торцом буртика 10 штока 9, при этом усилие подпора равно нулю (пружина 7 не обжата). При дальнейшем вывинчивании корпуса 11 из основания 13 начнется сжатие пружины 7, которое возможно до тех пор, пока пружина 7 не обожмется до высоты охватывающей ее гильзы 8. При этом усилие подпора на консольную часть 2 объекта будет меняться от нуля до уровня, исключающего статический прогиб от веса консольной части 2 объекта в месте установки дополнительной опоры 6.

Сжатие пружины до рабочего состояния контролируют с помощью заявленного устройства опоры по вращению гильзы 8 (невозможность ручного вращения гильзы 8 относительно штока 9) и визуально, контролируя отсутствие зазора между нижним торцом буртика 10 штока 9 и гильзой 8 через окна 21 крышки 18. Следует отметить, что операция контроля создаваемого усилия подпора осуществляется одновременно и постоянно с операцией регулировки усилия от нуля до необходимого уровня, исключающего статический прогиб от веса консольной части объекта в месте (местах) установки дополнительной опоры (опор).

После контроля уровня (величины) заданного усилия подпора производят фиксацию (блокировку) дополнительной опоры, соединяя крышку 18, установленную на верхний торец буртика 10 штока 9, с корпусом 11, резьбовым фиксатором, выполненным в виде, например, фигурной (накидной) гайки 19. При этом опора 6 превращается в жесткую связь между объектом и платформой 5 транспортной средства, исключая вертикальные перемещения консольной части 2 объекта в месте подпора (в месте установки дополнительной опоры 6).

Следует отметить, что пружина 7 является средством создания усилия подпора с помощью дополнительной опоры 6 определенной (фиксированной) величины. Ее геометрические и жесткостные характеристики выбирают (задают) из того условия, чтобы при сжатии пружины до высоты, равной высоте охватывающей ее гильзы 8, обеспечить приложение подпирающего усилия заданного уровня к консольной части 2 объекта. В процессе создания и регулировки усилия подпора пружина 7 контактирует с нижним торцом буртика 10 штока 9 (пружина 7 сжимается между буртиком 10 и втулкой 15 корпуса 11). При сжатии пружины 7 до высоты охватывающей ее гильзы 8 (до рабочей высоты пружины) происходит одновременный контакт нижнего торца буртика 10 штока 9 и с гильзой 8. Дальнейшее сжатие пружины 7 невозможно, т.е. гильза 8 является ограничительным элементом, препятствующим сжатию пружины 7. При сжатии пружины 7 усилие подпора меняется от нуля (начало сжатия пружины 7) до заданного уровня (высота пружины 7 равна высоте гильзы 8). В этом положении осуществляется фиксация элементов опоры 6, а именно, корпуса 11 и крышки 18 посредством фигурной гайки 19. Пружина 7 взаимодействует (контактирует) с нижним торцом буртика 10 штока 9 постоянно, но при создании и регулировки усилия она деформируется (сжимается) буртиком 10 от своей первоначальной высоты до рабочей высоты, а при зафиксированном положении элементов опоры 6 пружина 7 находится в статичном, сжатом до рабочей высоты (равной высоте гильзы 8) положении.

Гильза 8 (кроме того, что является элементом, ограничивающим сжатие пружины 7) служит также элементом контроля величины приложенного усилия подпора с помощью дополнительной опоры 6 на консольную часть 2 объекта. После сжатия пружины 7 до высоты гильзы 8 проворот гильзы 8 относительно штока 9 невозможен (отсутствует также зазор между гильзой 8 и нижним торцом буртика 10 штока 9), что является сигналом к прекращению регулировки усилия подпора и свидетельствует о том, что к консольной части 2 объекта приложено заданное усилие. После этого производят фиксацию корпуса 11 и крышки 18 посредством резьбового фиксатора, выполненного в виде фигурной гайки 19.

Таким образом, устройство дополнительной опоры позволяет приложить к консольной части транспортируемого объекта определенное усилие подпора заданного уровня (путем сжатия пружины до определенной высоты), проконтролировать величину приложенного усилия и удостовериться в том, что именно усилие заданного уровня приложено к консольной части объекта (с помощью цилиндрической гильзы, охватывающей пружину) и в этом положении (т.е. при созданном усилии подпора на консольную часть заданного уровня) заблокировать (зафиксировать) элементы дополнительной опоры, превратив ее в жесткую связь между консольной частью объекта и платформой транспортного средства.

Сборку опоры осуществляют следующим образом.

На платформе 5 транспортного средства с помощью болтового соединения 14 и основания 13 закрепляют корпус 11 дополнительной опоры, в который устанавливают втулку 15. На шток 9 опоры с нижней стороны буртика 10 надевают пружину 7 и гильзу 8, сверху на буртик 10 устанавливают крышку 18 с накидной гайкой 19. Шток 9 с пружиной 7, гильзой 8, крышкой 18 устанавливают в корпус 11, закрепляют втулку 15, например, шпонкой 16 в продольном пазу 17 штока 9. Верхний конец штока 9 с помощью, например, болтового соединения 12 закрепляют на консольной части 2 (см. фигуру 1) объекта, используя возможность продольного перемещения штока 9 относительно корпуса 11 и втулки 15. При этом контакт между пружиной 7 и нижним торцом буртика 10 штока 9 отсутствует, усилие подпора равно нулю. После вывинчивания корпуса 11 из основания 13 (для этого на корпусе 11 выполнен шестигранник под ключ), пружина 7, установленная между втулкой 15 и буртиком 10 штока 9, начнет сжиматься, создавая усилие подпора на консольную часть 2 объекта. Сжатие пружины 7 будет происходить до тех пор, пока верхний торец цилиндрической гильзы 8, охватывающей пружину 7, не упрется в нижний торец буртика 10 штока 9. Об этом можно судить по возросшему усилию сопротивления вращению корпуса 11 или вручную попытаться провернуть гильзу 8 относительно штока 9 за насечку 20, выполненную на боковой поверхности гильзы 8 через окна 21 в крышке 18, а также визуально по отсутствию зазора между буртиком 10 и верхним торцом гильзы 8. После этого вращение корпуса 11 прекращают, и в этом положении элементов дополнительной опоры 6 соединяют крышку 18 с корпусом 11 с помощью фигурной (накидной) гайки 19, при необходимости гайку контрят относительно корпуса. Тем самым осуществляется фиксация опоры и превращение ее в жесткую связь между объектом и платформой транспортного средства. Объект подготовлен к транспортировке.

В рабочем состоянии дополнительной опоры 6 (при сжатой пружине 7 до высоты охватывающей ее гильзы 8) отрывающие нагрузки, действующие на консольную часть 2 объекта в процессе транспортировки, передаются через шток 9, крышку 18, фигурную (накидную) гайку 19, корпус 11, основание 13 на платформу 5, сжимающие усилия передаются через шток 9, гильзу 8, втулку 15, корпус 11, основание 13 на платформу 5 транспортного средства.

Расстыковка и снятие дополнительной опоры 6 происходят в обратном порядке. Сначала проводят расфиксацию, т.е. отвинчивают фигурную гайку 19, расстыковывают крышку 18 и корпус 11. Затем завинчивают корпус 11 в основание 13, при этом пружина 7 разжимается, между гильзой 8 и буртиком 10 штока 9 появляется зазор, с консольной части объекта снимается (уменьшается от фиксированного заданного значения до нуля) усилие подпора. Затем расстыковывают болтовое соединение 12 между штоком 9 опоры 6 и объектом, отводят в сторону или убирают опору, расстыковав болтовое соединение 14 между основанием 13 опоры и платформой 5 транспортного средства.

Предложенные способ закрепления объекта на платформе транспортного средства и устройство дополнительной опоры для его осуществления позволили провести успешную натурную транспортировку отработочного образца космического аппарата, состоящего из герметичного корпуса с консольно закрепленной на нем форменной конструкцией антенного блока длиной более 5 м и массой более 300 кг, выполненной из боралюминиевых стержней.

Предложенные способ и устройство для закрепления объекта на платформе транспортного средства по сравнению с прототипом позволяют уменьшить нагрузки от консольной части объекта на его корпус, уменьшить прогибы консольной части объекта в процессе транспортировки, увеличить жесткостные характеристики подпираемой консольной части и объекта в целом в транспортном положении.

1. Способ закрепления объекта на платформе транспортного средства, заключающийся в том, что объект, состоящий из корпуса и закрепленной на нем консольной части, корпусом устанавливают на опоры транспортного средства и закрепляют на последних, к консольной части объекта прилагают регулируемое усилие подпора дополнительной опорой, отличающийся тем, что после приложения усилия подпора и его регулировки в процессе контроля до уровня, исключающего статический прогиб консольной части объекта в месте установки дополнительной опоры, производят фиксацию объекта на дополнительной опоре от вертикальных перемещений.

2. Устройство для закрепления объекта на платформе транспортного средства, содержащее закрепленные на платформе транспортного средства и соединенные с объектом, состоящим из корпуса и закрепленной на нем консольной части, основные опоры и дополнительную опору, создающую подпирающее усилие на консольной части объекта и содержащую корпус, соединенный с платформой, размещенные в нем пружину и шток, соединенный с консольной частью объекта и установленный с возможностью перемещения относительно корпуса, и крышку корпуса, отличающееся тем, что дополнительная опора снабжена установленной в корпусе цилиндрической гильзой, охватывающей пружину, а на штоке выполнен буртик, нижним торцом взаимодействующий с пружиной и гильзой, а верхним торцом - с крышкой корпуса, причем высота гильзы равна высоте пружины, сжатой до рабочего состояния, при этом крышка соединена с корпусом.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено втулкой, установленной на штоке между корпусом и пружиной.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что на боковую поверхность гильзы нанесена насечка, а в крышке корпуса выполнены окна.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что крышка соединена с корпусом накидной гайкой.