Катушка для безынерционной размотки кабеля (варианты)

Изобретение относится к конструкциям безынерционных катушек с оптическим или электрическим кабелем, предназначенных для телеуправления движущимися объектами в воде, воздухе и безвоздушном пространстве, а также для передачи информации между ними. Задачей, решаемой заявленным изобретением, является создание относительно простой конструкции безынерционной катушки, без приклеивания витков кабеля, которая позволит минимизировать габаритные размеры блоков, предназначенных для ее размещения, с обеспечением надежной безынерционной размотки оптического кабеля (при необходимости, также - электрического и комбинированного) без ухудшения его характеристик передачи. Технический результат достигается тем, что витки кабеля наложены на вал крестовой намоткой с шагом не менее двух диаметров кабеля, катушка дополнительно снабжена внешним кожухом, содержащим направляющую деталь, выполненную в виде тела вращения с торовой поверхностью (например, в виде тора или галтели) и расположенную на торцевой стенке кожуха, ближней к передней щеке катушки, соосно с валом, конец кабеля, предназначенный для соединения с подвижным относительно катушки объектом, выведен из кожуха через его направляющую деталь. 2 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям безынерционных катушек с оптическим или электрическим кабелем, предназначенных для телеуправления движущимися объектами в воде, воздухе и безвоздушном пространстве, а также для передачи информации между ними.

Из предшествующего уровня техники известны каркасные конструкции безынерционных катушек с рядовой намоткой кабеля (виток к витку) и с устройством, обеспечивающим заданное натяжение кабеля при его размотке (патент США N4271761, F42B 13/56, публ. 1981 г. [1]; патент РФ RU 2118792, С1 F42B 15/04, публ. 1998 г. [2]), а также с приклеиванием витков кабеля (патент РФ RU 2334941, С1 F42B 15/04, F41G 7/32, публ. 2008 г. [3]).

Приклеивание витков или устройство для создания заданного натяжения предназначено для обеспечения устойчивой размотки кабеля (без запутывания) и исключения спадания витков при вибрациях и ударах (ускорениях) катушки.

Очевидны негативные следствия технических решений, связанных с приклеиванием витков намотки. Это, в частности, - усложнение и удорожание технологического процесса намотки кабеля на катушку (требуются подогрев; тщательное соблюдение технологического режима - температуры, скорости, влажности и т.д.); малая скорость намотки - десятки часов для намотки 1 км кабеля).

Для больших длин кабелей (десятки километров), что в настоящее время является актуальной задачей для соответствующих видов техники, неизбежно возникает задача минимизации диаметра кабеля (для обеспечения размещения катушки в заданных габаритах ее носителя). Значительное увеличение натяжения кабеля и уменьшение его радиуса изгиба в месте отрыва (отклеивания) от катушки в случае приклеивания витков обусловливает предъявление дополнительных (избыточных) требований к кабелю - по параметрам внешней оболочки, допустимому радиусу изгиба, стойкости к растягивающему усилию, что препятствует минимизации диаметра используемого кабеля. Особенно актуально это для оптических кабелей (ОК), для которых уменьшение радиуса изгиба и увеличение натяжения критично не только с точки зрения прочности оптического волокна, но также с точки зрения характеристик передачи кабеля и его надежности.

Недостатком (ограничением области использования) конструкций, снабженных устройствами, обеспечивающими заданное натяжение кабеля при его размотке [1, 2] - только для обеспечения его устойчивой размотки, - является именно создание дополнительного натяжения кабеля, нежелательного и/или недопустимого с точки зрения механической прочности и характеристик передачи оптического кабеля, особенно, с учетом влияния нагрузок на кабель со стороны окружающей среды (воздуха, воды) при размотке больших длин кабеля.

Наиболее близкими к предмету изобретения являются конструкции, обеспечивающие безынерционную размотку кабеля без использования склеивания витков или устройств, обеспечивающих заданное натяжение кабеля при его размотке (первые варианты решения задач по телеуправлению реактивными снарядами по кабелю), в частности, конструкция хвостового отсека управляемого реактивного снаряда 9М116 комплекса «Метис» [4]).

Данная конструкция представляет из себя каркас, расположенный на корпусе стартового двигателя снаряда, на каркасе расположена параллельная намотка (виток к витку) электрического кабеля (определение параллельной обмотки см. в сноске 1 на стр. 1-4 описания), один конец которого - от внутреннего слоя намотки - соединен с отсеком управления («неподвижная часть»), второй конец - от внешнего слоя намотки - соединен с блоком управления снаряда («подвижная часть»).

Недостатки подобных конструкций:

• большой «разлет» кабеля при размотке в объектах с ограниченным свободным пространством (фиг. 1), который при наличии близко расположенных механизмов или предметов (например, в блоках с ограниченными габаритными размерами) может приводить к запутыванию и обрыву кабеля, а также к увеличению сопротивления размотке (натяжению кабеля) при размотке в воде или воздухе; указанный недостаток относится также к конструкциям с приклеиванием витков кабеля [3];

• недостаточная надежность размотки кабеля - его запутывание при «неправильном» сходе витков при вибрациях и ускорениях носителя.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является создание относительно простой конструкции безынерционной катушки, которая позволит минимизировать габаритные размеры блоков, предназначенных для ее размещения, с обеспечением надежной безынерционной размотки оптического кабеля (при необходимости, также - электрического и комбинированного) без ухудшения его характеристик передачи.

На фиг. 1, 2 представлены схемы, поясняющие сущность изобретения и отдельных аспектов решаемой задачи.

На фиг. 1 показана схема размотки кабеля для известных конструкций безынерционных катушек без устройств, обеспечивающих дополнительное натяжение кабеля (в частности, [4]), иллюстрирующая «разлет» кабеля при размотке.

На фиг. 2 показана принципиальная схема конструктивного исполнения безынерционной катушки заявленного изобретения.

На фиг. 2 используются следующие обозначения:

1 - намотка кабеля;

2 - передняя щека катушки;

3 - опорная щека катушки;

4 - внешний кожух;

5 - конец кабеля, предназначенный для соединения с подвижным относительно катушки объектом;

6 - направляющая деталь, выполненная в виде тела вращения с торовой поверхностью;

7 - полый или сплошной вал катушки.

Технический результат достигается тем, что передняя щека 2 представляет собой тело вращения, витки кабеля наложены крестовой¹, намоткой с шагом не менее двух диаметров кабеля, катушка дополнительно снабжена внешним кожухом 4, содержащим направляющую деталь 6, выполненную в виде тела вращения с торовой поверхностью (например, в виде тора или галтели) и расположенную на торцевой стенке кожуха, ближней к передней щеке катушки, соосно с валом, конец кабеля 5, предназначенный для соединения с подвижным относительно катушки объектом, выведен из кожуха через его направляющую деталь, минимальный радиус кривизны внешнего профиля передней щеки

катушки (R1), а также образующей торовой поверхности направляющей детали кожуха (R2) составляет не менее 20 диаметров кабеля.

Вал катушки при этом может быть как полым, так и сплошным.

Устойчивость размотки кабеля (без запутывания) в отсутствие приклеивания витков достигается в этом варианте за счет крестовой намотки кабеля с шагом не менее двух диаметров кабеля. Это исключает возможную причину запутывания кабеля - одновременный сход нескольких витков с катушки при размотке.

Уменьшение «разлета» кабеля и минимизация габаритных размеров конструкции обеспечивается наличием внешнего кожуха с направляющим устройством.

Указанная реализация катушки обеспечивают относительно простое и надежное решение поставленной задачи.

Возможность реализации данной конструкции и устойчивой размотки оптического кабеля подтверждена экспериментально.

Были изготовлены:

1) опытный образец безынерционной катушки для 1 км комбинированного оптико-электрического кабеля длиной 1 км диаметром 4 мм (КК1);

2) макетный и опытный образцы катушки для 5 км оптического микрокабеля (ОМК) диаметром 0,9 мм.

Намотка кабелей осуществлялась на стандартном кабельном оборудовании с незначительной модернизацией. Для случаев размотки кабеля на воздухе применялась смазка кремнийорганической жидкостью ПМС. Установлено, что предлагаемая конструкция катушек с кабелем не приводит к увеличению затухания сигнала в оптическом кабеле. Размотка кабеля проводилась на специально разработанном размоточном стенде со скоростью до 20 м/с. В процессе испытаний подтверждено, что предлагаемое решение обеспечивает устойчивую размотку и сохранение на требуемом уровне характеристик передачи кабеля.

В конструкции катушек не применяются дефицитные изделия и материалы. Исходные материалы выпускаются в РФ по постоянно действующей документации. Технология изготовления катушек находится на уровне технологии изготовления аналогичных изделий.

Источники информации

1. Патент США N 4271761, F42B 13/56, публ. 1981 г.

2. Патент РФ RU 2118792, С1 F42B 15/04, публ. 1998 г.

3. Патент РФ RU 2334941, С1 F42B 15/04, F41G 7/32, публ. 2008 г.

4. Управляемый реактивный снаряд 9М116. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Военное издательство, 1980 г.

Катушка для безынерционной размотки кабеля, содержащая вал, переднюю и опорную щеки, между которыми располагается намотанный на вал кабель, характеризующаяся тем, что витки кабеля наложены на вал крестовой намоткой с шагом не менее двух диаметров кабеля, катушка дополнительно снабжена внешним кожухом, содержащим направляющую деталь, выполненную в виде тела вращения с торовой поверхностью и расположенную на торцевой стенке кожуха, ближней к передней щеке катушки, соосно с валом, конец кабеля, предназначенный для соединения с подвижным относительно катушки объектом, выведен из кожуха через его направляющую деталь.