Механізм коаксіального стикування

1 Механізм коаксіального стикування, наприклад, при з'єднанні уздовж осі елементів типу штиря та отвору, один з яких містить хоча б фаску або конус, що має корпус і шарнір з двома ступенями свободи та розміщений в шарнірі штир, який відрізняється тим, що шарнір змонтований в корпусі з можливістю пересування відносно нього перпендикулярно осі штиря в будь-якому напрямі 2 Механізм по п 1, який відрізняється тим, що шарнір має наріжну обойму з розширенням типу фланець, а корпус має порожнину з двома паралельними стінками, поміж яких розміщений зазначений фланець 3 Механізм по п 2, який відрізняється тим, що поміж фланцем шарніру та паралельними стінка ми порожнини корпусу розміщені підшипники котіння чи ковзання 4 Механізм по п 3, який відрізняється тим, що підшипник котіння виконаний у формі сепаратора з кульками, які розміщені поміж фланцем і паралельними стінками корпуса з можливістю пересування в площині, перпендикулярній осі штиря, у будьякому напрямі, при цьому сепаратор зв'язаний з корпусом щонайменш трьома пружинами розтягування, радіально орієнтованими від осі штиря 5 Механізм по п 1, який відрізняється тим, що в корпусі виконані щонайменш дві кільцеві канавки, в яких розміщені пружини розтягування, зігнуті і з'єднані своїми торцями один до одного таким чином, що вони утворюють кільця, які впритул і з натягом охоплюють внутрішню циліндричну поверхню канавки, при цьому канавки мають прорізи, в котрих розміщені кільця, які по наріжному діаметру є охоплюваними пружинами, а по внутрішньому діаметру охоплюють штир 6 Механізм по п 5, який відрізняється тим, що пружини розтягування мають в поперечному перерізі форму сплющеного кола або близьку до прямокутника з заокругленими кутами О о> Винахід відноситься до механізмів коаксіального стикування при з'єднанні уздовж осі охоплюваних деталей з тими, що охоплюють, наприклад, елементів типу штир і отвір, які у початковому стані мають відхилення від СПІВВІСНОСТІ та паралельності, насамперед до механізмів подачі датчиків для вихорострумового контролю в отвори колекторів парогенераторів атомних електростанцій (АЕС), але може бути застосований у інших галузях де виникає потреба з'єднання не СПІВВІСНИХ елементів конструкцій ВІДОМІ конструкції механізмів стикування космічних кораблів "Союз", (див В С Сыромятников Стыковочные устройства космических аппаратов М "Машиностроение", 1984, стор 18, Рис 1 7, стор 2 0 - 2 1 , Рис 1 8) де використовуються прийомний конус з циліндричним отвором на пасивному апараті, і штанга (штир) для зчленування, яка закріплена на корпусі активного апарата зі змогою демпфірування ударних навантажень (тут і далі терміни "штанга" і "штир" мають лише одну різницю "штанга" - це назва штиря у конкретній конструкції, на яку робиться посилання, а "штир" це загальна назва конструктивного елементу, що підтверджується у зазначеній книзі при узагальнюючих поясненнях (див там же стор 21, 3-й абзац знизу) Енергія зіткнення поглинається не тільки демпфером при пересуванні штанги відносно корпуса уздовж своєї осі, але й деформацією штанги та інших деталей (див там же стор 18, 2-й абзац знизу) Така конструкція дуже складна і непридатна для умов, де потрібна осьова усталеність штиря, наприклад, для вихорострумового контролю, коли рівномірність переміщення і жорсткий кінематичний зв'язок штиря датчика з приводом його пересування забезпечують точність ко (О ю ординат знайдених дефектів, тому коливання штиря уздовж осі відносно корпусу неприпустиме Відома також конструкція стикувальних пристроїв космічного комплексу "Салют"-"Союз" (див там же стор 24, Рис 1 1 1 , стор 85, Рис 3 7, стор 149, Рис 5 9-6) де пасивний апарат також має прийомний конус з циліндричним отвором, а на активному апараті штанга для зчленування закріплена на шарнірі та підтримується в нульовому положенні демпферами При цьому шарнір жорстко змонтований на корпусі апарата, а демпфери, що з'єднують корпус зі штангою, орієнтовані по суті тангенціально відносно шарніру Така конструкція обумовлена тим, що насамперед передбачувана не СПІВВІСНІСТЬ і непаралельність апаратів потребує при стикуванні подолання цих двох ускладнюючих факторів Але в КОСМІЧНІЙ практиці це нелегко удається навіть з декількох спроб, бо штир має тільки 2 ступеня свободи, які передбачені шарніром Саме це й спонукає до використання великих конусів і міцних штанг, бо удари при стикуванні не тільки випробують осьову усталеність штанги, але призводять до значних вигинів, що спроможні вивести з ладу механізми розміщені усередині штанги І все ж таке технічне рішення в умовах космічної необмеженості простору і часу спроможне було вирішувати задачу стикування попри значні інерційні навантаження навіть у невагомості Але така конструкція зовсім непридатна в умовах, наприклад, при вихорострумовому контролі перемичок колекторів парогенераторів АЕС, коли необхідно послідовно виконувати стикування датчика, що має форму штиря, з отворами, майже впритул розташованими один до одного Отвори, яких в одному колекторі 11 тисяч, не завжди радіальні відносно осі колектора, як і не безпомилкова рівномірність шагу розташування отворів Вважаючи потрібну швидкість контролю в умовах зупиненого на профілактичні роботи реактора АЕС, стиковка штиря датчика з отворами мусить виконуватись за долі секунди До ускладнень задачі треба віднести те, що штир датчика не виносить великих навантажень або вигину, бо всередині його розташовані деталі, що обертаються з високою швидкістю (3000об/хв) Крім того механізм подачі в земних гравітаційних умовах має мати опору і не може повертатися за штирем у будь який бік як космічний апарат на навколоземній орбіті До ускладнюючих вимог треба також віднести те, що стиковка в умовах високої радіоактивності мусить піддаватись автоматизації, а подача датчика в отвір забезпечувати рівномірну швидкість, від якої залежить якість сигналу про наявність дефектів До того ж датчик подається в отвір концентрично без зазору, для чого має центрувальну головку рівного з отвором діаметру В основу винаходу поставлена задача забезпечити легке коаксіальне стикування штиря вихорострумового датчика з отворами підконтрольного об'єкта, які у початковому стані мають відхилення від СПІВВІСНОСТІ та паралельності відносно штиря, і підвищити продуктивність контролю Суть винаходу полягає в тому, що у відомому механізмі коаксіального стикування, наприклад, при з'єднанні уздовж осі елементів типу штиря та 56904 отвору, один з яких хоча б містить конус або фаску, що має корпус і шарнір з двома ступінями свободи та розміщений в шарнірі штир, згідно винаходу шарнір змонтований в корпусі зі змогою пересування відносно нього перпендикулярно осі штиря в будь якому напрямі Другою ВІДМІТНОЮ ознакою є те, що ВІДПОВІДНО винаходу шарнір має наріжну обойму з розширенням типу фланець, а корпус має порожнину з двома паралельними стінками, поміж яких розміщений зазначений фланець Ще однією ВІДМІТНОЮ ознакою є те, що ВІДПОВІ ДНО винаходу поміж фланцем шарніру та паралельними стінками порожнини корпусу розміщені підшипники катання чи ковзання Ще одна ВІДМІННІСТЬ полягає в тому, що ВІДПОВІДНО винаходу підшипник катання виконаний у формі сепаратора з кульками, які розміщені поміж фланцем і паралельними стінками корпуса з можливістю пересування в площині перпендикулярній осі штиря у будь якому напрямі, при цьому сепаратор зв'язаний з корпусом по меншій мірі трьома пружинами розтягування, радіально орієнтованими від осі штиря ВІДМІННІСТЬ Є також в тому, що ВІДПОВІДНО ви находу в корпусі виконані по меншій мірі дві кільцеві канавки, в яких розміщені пружини розтягування, зігнуті і з'єднані своїми торцями один до одного, таким чином, що вони утворюють кільця, які впритул і з натягом охоплюють внутрішню циліндричну поверхню канавки, при цьому канавки мають прорізи, в котрих розміщені кільця, які по наріжному діаметру є охоплюваними пружинами, а по внутрішньому охоплюють штир Ще однією ВІДМІТНОЮ ознакою є те, що ВІДПОВІ ДНО винаходу пружини розтягування мають в поперечному перетині форму сплющеного кола, або близьку до прямокутника з заокругленими кутами Загальна принципова схема конструкції механізму подана на фігурі 1 Механізм має корпус 1, шарнір 2 з двома ступінями свободи та розміщений в шарнірі штир 3, який мусить зістикуватись з отвором 4 Наріжна обойма шарніру 2 має розширення у вигляді фланця 5, який міститься в порожнині 6, утвореній в корпусі 1 двома паралельними стінками 7 поміж яких розміщений фланець 5 Поміж фланцем 5 та паралельними стінками 7 розміщені підшипники котіння чи ковзання Ліворуч від фланця у наведеному прикладі показано підшипник котіння, виконаний у формі сепаратора 8 з кульками 9, праворуч - підшипник ковзання у вигляді кільця 10, виконаного із матеріалу з низьким коефіцієнтом тертя, наприклад фторопласту Підшипники розміщені поміж фланцем 5 шарніру 2 і паралельними стінками 7 корпуса 1 таким чином, що фланець 5 має можливість пересування в площині перпендикулярній його осі у будь якому напрямі в межах порожнини 6, бо не має обмежень в радіальному напрямі окрім меж самої порожнини 6 Очевидно, що фланець може пересуватись тільки разом з шарніром та штирем Для утримання сепаратора 8 в початковому положенні відносно корпусу 1 і шарніру 2 він зв'язаний з корпусом по меншій мірі трьома пружинами розтягування 11, радіально орієнтованими від осі штиря В корпусі 1 виконані дві кільцеві канавки 12 і 56904 13, в яких розміщені пружини розтягування 14 і 15, зігнуті в кільця так, що їх торці зійшлися, і в такому стані з'єднані одне до одного На фігурі 2 і 3 показано перетин по А-А, на якому видно з'єднання торців пружин Утворені таким чином кільця, впритул і з натягом охоплюють внутрішні циліндричні поверхні 16 канавок 12 і 13 Канавки 12 і 13 мають кільцеві прорізи 17 і 18, в котрих розміщені кільця 19 і 20, які по наріжному діаметру є охоплюваними пружинами 14 і 15, а по внутрішньому охоплюють штир 3 в тій його частині, що міститься всередині корпуса 1 На наведеному прикладі штир 3 має ступінчасту форму, таку як вихорострумові датчики, у яких в потовщеній частині розміщуються технологічні елементи Пружинні кільця 14 і 15 можуть виконуватись із звичайних циліндричних пружин розтягування Проте доцільніше для зменшення габаритів механізму виконувати їх в поперечному перетині у формі сплющеного кола, або прямокутника із заокругленими кутами, як показано на фігурі 1 Тоді кільцеві канавки 12 і 13 можна робити меншими в радіальному напрямі, залишаючи необхідний простір навколо пружин для їх розтягування при роботі На фігурі 3 зображені технологічні функції механізму на прикладах стикування штиря з не співвісним (Фіг 4 і 6) або з непаралельним (Фіг 5 і 7) отвором, для зчленування з якими штир мусить відхилятись від свого нульового положення паралельно собі чи повертатися в будь яку сторону, або те й друге разом В наведених прикладах штир показано з конусовою насадкою на КІНЦІ Таку еластичну пластмасову насадку має датчик вихорострумового контролю колекторів парогенераторів АЕС, для якого саме і розроблено цей механізм В інших випадках конус може бути на отворі, або можуть бути фаски на отворі і штирі одноразово Механізм працює так Штир 3 подається в отвір 4 уздовж своєї осі, як показано на фігурах 4, 5, 6, 7 При відхиленні від паралельності чи концентричності отвору відносно штиря, або наявності обох цих факторів, штир 3 натикається вхідним конусом на край отвору 4 і завдяки зусиллю штовхання отримує момент сил, який прагне відклонити його в бік від місця контакту Цей момент передається від штиря зв'язаному з ним сферичному шарніру 2, який дає змогу штирю 3 повернутися навкруг центру шарніру в будь який бік По мірі просування штиря в не СПІВВІСНИЙ йому отвір виникає необхідність зміщення штиря в напрямку перпендикулярному його нульовому положенню до досягнення повної концентричності штиря і отвору Така можливість забезпечується переміщенням шарніру 2 завдяки фланцю 5 в порожнині 6 поміж підшипниками 9 і 10 уздовж паралельних стінок 7 порожнини 6 Всередині корпуса 1 зміщення штиря З від свого нульового положення викликає пере міщення разом з ним кілець 19 і 20, які в свою чергу, натискуючи на пружини 14 і 15, розтягують їх і віддаляють від охоплюваних ними з натягом внутрішніх циліндричних поверхонь 16 канавок 12 і 13 На фігурі 2 в перетині А-А видно нульове положення штиря, при якому забезпечується рівномірний по колу пружини простір І поза її межами в радіальному напрямку На фігурі 3 доказано як штир 3 змінив своє положення на відстань 5 При цьому кільце 19 разом зі штирем відхилилось від свого початкового положення розтягуючи пружину 14 в один бік На фігурі видно, що в напрямку посування штиря відстань від пружини до корпуса скоротилася до h, а з протилежного боку залишилася І, тобто не змінилася, бо з того боку пружина спирається на циліндричну поверхню 16 Така конструкція дозволяє штирю коаксіальне стикування з отвором, який у початковому стані мав відхилення у СПІВВІСНОСТІ і паралельності відносно нього Завдяки двом ступеням свободи в сферичному шарнірі штир має змогу відхилятися від свого нульового положення на певний кут Додаткові два ступеня свободи в перпендикулярній до його осі площині дозволяють йому міняти своє положення паралельно початковому стану В сукупності чотири ступеня свободи дають штирю змогу займати в заданих межах будь яке положення і надійно стикуватись з отворами Важливим фактором для надійного стикування є те, що в осьовому напрямку штир жорстко закріплений і не має змоги осьового руху відносно корпуса При використанні механізму для вихорострумового контролю це має особливе значення тому, що можливі коливання штиря відносно корпуса порушують кінематичний зв'язок датчика з приводом подачі і впливають на достовірність результатів контролю Усталене положення штиря відносно корпуса в напрямку стикування при пошуку в металах дефектів забезпечує точне визначення їх розмірів і координат розташування При зворотному поверненні штиря і виходу з отвору кільцеві пружини 14 і 15 повертають штир в початковий стан, який забезпечується з високою точністю зусиллям натягу пружин та відсутністю в запропонованій конструкції значних зусиль тертя Завдяки пружинам 11 контролюється повернення в нейтральне положення сепаратора 8 з кульками 10 Надійне повернення штиря в нульову позицію необхідна умова для автоматизації контролю об'єктів типу "трубних дощок" з великою КІЛЬКІСТЮ отворів Це дає можливість забезпечити високу продуктивність процесу з автоматизацією переходу датчика з отвору на отвір Ефективність запропонованого механізму експериментально доведено на виготовленому дослідному зразку, який пройшов випробування в виробничих умовах на парогенераторах реакторів Запорізької АЕС 56904 17 19 і 12 -ц VH A 1 20 18 13 ЧбЛв .6 Фігі A-A Ч 17 a Фіг 2 A-A 56904 Підписано до друку 05 06 2003 р 10 Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24