Результат интеллектуальной деятельности: Устройство фиксации многофункционального инструмента с протяженной рукояткой с продольным непрерывным и глухим пазом для использования космонавтом в условиях невесомости

Изобретение относится к космической технике, в частности к средствам фиксации в условиях невесомости элементов предметной среды, особенно инструментов.

Обеспечение фиксации незакрепленных стационарно предметов является обязательным условием обеспечения трудовой деятельности и быта космонавтов. Уже К.Э. Циолковский осознавал и предвидел эту проблему и ясно представлял необходимость ее решения. В работе «Вне Земли», изданной в 1920 г., он писал: «Привязывать приходится и тарелки, и графины, и даже само кушанье. Вы положите вилку или ложку на стол, а она подскочит и полетит к соседу. Все должно быть на привязи» [Циолковский К.Э. Вне Земли. М.: «Золотая аллея», 2008].

Особо остро стоит вопрос о предотвращении утери инструментов в процессе их применения как за бортом космического объекта, так и в гермоотсеках. В первую очередь это относится к инструментам, использование которых осуществляется в процессе их динамики, например к молотку - ручному инструменту ударного действия с поступательным движением рабочей части - бойка. При этом возможно использование рукоятки молотка в качестве рычага.

Известен молоток, предназначенный для использования в космических условиях, на конце рукоятки которого выполнено ушко для присоединения карабина страховочного фала. Длина фала позволяет выполнять рабочие действия, при этом исключается утеря инструмента, «уплывание» его из рабочей зоны в случае, если космонавт выпустит рукоятку из кистевого захвата (Цыганков О.С. Пятидесятилетие внекорабельной деятельности // Космическая техника и технологии. 1 (8). 2015. С. 8, рис. 5). Здесь же показан молоток, на конце рукоятки которого предусмотрено вспомогательное устройство, выполненное с зубом-зацепом и противостоящим плоским упором для вскрытия "залипших" крышек люков, что позволяет использовать данный молоток в двух функциях: как ударный инструмент при удерживании за рукоятку и как рычаг при удерживании за боек. В показанной конструкции в рукоятке выполнены пазы с перемычками, предназначенные исключительно для снижения массы инструмента (прототип). Данная конструкция не обеспечивает присоединения карабина страховочного фала к инструменту, не обеспечивает безопасности выполнения работ.

Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего безопасность, эргономичность и надежность фиксации многофункционального инструмента с протяженной рукояткой, оснащенной на ее концах технологическими рабочими головками, а также присоединение карабина страховочного фала к инструменту.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности, эргономичности и надежности выполнения работ в условиях невесомости космонавтом, в том числе облаченным в скафандр под избыточным давлением, обеспечение присоединения карабина страховочного фала к инструменту с возможностью перемещения карабина по пазу вдоль и/или поперек рукоятки, а также снижение объема механообработки и повышение технологичности сборки.

Технический результат достигается тем, что устройство фиксации многофункционального инструмента с протяженной рукояткой с продольным непрерывным и глухим пазом для использования космонавтом в условиях невесомости содержит установленный в пазу рукоятки узел фиксации, тугоподвижный в продольном и поперечном направлении, состоящий из двух одинаковых по размерам прямоугольных металлических рамок, каждая из которых имеет в поперечном сечении форму швеллера, при этом металлические рамки неподвижно соединены между собой и образуют в поперечном сечении конфигурацию в виде двутавра, причем между металлическими рамками размещена идентичная им по форме и размерам прокладка, выполненная из полимерного материала, обладающего свойством упругости и релаксационного расширения, при этом внутренние размеры упомянутой рамки k×d определяются шириной рукоятки инструмента а в плоскости паза рукоятки инструмента и окном с размерами с×d для присоединения крюка карабина страховочного фала с учетом выполнения следующих соотношений:

ƒ=0,5(b-δ); h>0,5(b-S); k=а+с, где:

ƒ - толщина рамки;

b - ширина паза в рукоятке инструмента;

δ - толщина прокладки;

h - ширина полки швеллера;

а - ширина рукоятки инструмента;

k - высота рамки по внутреннему размеру;

с - высота окна под крюк карабина страховочного фала.

Заявленные отличительные признаки изобретения обосновываются следующим образом.

Возможность смещать узел фиксации позволяет использовать рабочие технологические головки инструмента, расположенные на противоположенных концах рукоятки (фиг. 1). Свободное окно узла фиксации выполняется по размерам с×d предполагаемого к применению крюка карабина страховочного фала, чем гарантируется фиксация инструмента (фиг. 3, 5).

Предотвращение произвольного смещения узла фиксации, его тугоподвижность обеспечивается за счет использования прокладки из полимерного материала, ее предварительного обжатия и последующего последействия упругой деформации и релаксационного расширения, свойственного полимерам, например, фторопласту-4 (авт. свид. №261051, опубл. 01.01.1970, МПК: F16J 15/02). Фторопласт-4 (ОСТ B-6-05-810-88) -отечественный высокотехнологичный пластик, обладающий тепло-, хладо- и химической устойчивостью, стойкий к воздействию вакуума и солнечной радиации, его рабочая температура -269…+260°C (Справочник по пластическим массам. Под редакцией М.И. Гарбара // Издательство Химия. 1967. С. 132-146).

Технология подготовки полимерной прокладки к сборке заключается в следующем. Толщина заготовки δ_заг выбирается на 40-50% больше необходимой толщины δ для данной конструкции. Заготовка обжимается до толщины δ непосредственно перед сборкой узла фиксации и закрепляется между рамками в узле фиксации крепежными деталями. В конкретном примере для получения прокладки толщиной 4 мм выбирается заготовка толщиной 5,5-6,0 мм и обжимается до 4 мм.

Невыпадение узла фиксации из паза обеспечивается швеллерообразной формой рамок, при этом ширина h полки швеллера превосходит половину разности между шириной паза в рукоятке инструмента и толщиной δ прокладки, то есть h>0,5(b-δ) (фиг. 4, 5).

Сущность изобретения поясняется графическими материалами на фиг. 1-8.

Фиг. 1 - рукоятка инструмента, вид сверху.

Фиг. 2 - рукоятка инструмента, вид сбоку.

Фиг. 3 - узел фиксации, вид сверху.

Фиг. 4 - узел фиксации в сечении А-А.

Фиг. 5 - рамка.

Фиг. 6 - рамка в сечении В-В.

Фиг. 7 - рамка в сечении Г-Г.

Фиг. 8 - фото многофункционального инструмента с протяженной рукояткой, оснащенной на ее концах технологическими рабочими головками.

На фигурах введены следующие обозначения:

1 - рукоятка инструмента;

2 - узел фиксации;

3 - паз в рукоятке;

4 - рамка;

5 - полка швеллера;

6 - прокладка;

7 - крепежная деталь.

а - ширина рукоятки инструмента;

b - ширина паза в рукоятке;

ƒ - толщина рамки (0,5(b-δ));

δ - толщина прокладки;

h - ширина полки швеллера (h>0,5(b-δ));

k - высота рамки (внутренний размер) (а+с);

d - ширина рамки (внутренний размер) или ширина окна под крюк карабина страховочного фала;

с - высота окна под крюк карабина страховочного фала.

Устройство фиксации многофункционального инструмента для использования космонавтом в условиях невесомости (фиг. 1, 2) включает протяженную рукоятку инструмента 1 с продольным пазом 3 (фиг. 2), в который помещен узел фиксации 2 (фиг. 3), состоящий из двух рамок 4 (фиг. 4-7) и помещенной между ними прокладки 6 (фиг. 4), идентичной по форме и размерам рамкам 4, рамки 4 с обращенными наружу полками швеллеров 5 и прокладка 6 между ними соединены плоскостями и скреплены крепежными деталями 7 (например, винтами с потайными головками), образуя в поперечном сечении фигуру в виде двутавра (фиг. 4).

Паз 3 в рукоятке инструмента 1 выполнен непрерывным и глухим, а внутренние размеры рамки k×d определяются шириной рукоятки инструмента а в плоскости паза 3 рукоятки инструмента 1 и окном с размерами c×d для присоединения крюка карабина страховочного фала космонавта (на фигурах не показан) с учетом выполнения следующих соотношений:

ƒ=0,5(b-δ); h>0,5(b-δ); k=a+c, где

ƒ - толщина рамки;

b - ширина паза в рукоятке инструмента;

h - ширина полки швеллера;

a - ширина рукоятки инструмента;

k - высота рамки (внутренний размер);

c - высота окна под крюк карабина страховочного фала.

Металлические пластины могут быть изготовлены, например, из стали 12Х18Н10Т-ТУ1413564-83, ГОСТ BP 2590-88, прокладка - из фторопласта-4 по ОСТ 8-6-05-810-88, рукоятка из прутка ВТ14Кр ОСТ 90173-75. Паз в рукоятке выполняется фрезерованием.

Последовательность сборки устройства фиксации

многофункционального инструмента с протяженной рукояткой:

- две рамки 4 с обращенными наружу полками швеллеров 5 и прокладка 6 после обжатия раздельно и последовательно вкладываются в продольный сквозной паз 3, выполненный в рукоятке инструмента 1;

- рамки 4 и прокладку 6 между ними соединяют плоскостями и скрепляют крепежными деталями 7 (например, винтами с потайными головками), получая, таким образом, узел фиксации 2.

Эксплуатация изобретения осуществляется следующим образом. К узлу фиксации 2 (фиг. 1-3), используя окно размером c×d, космонавт присоединяет карабин страховочного фала, второй конец которого закреплен в инструментальном контейнере или на конструкции объекта, например на поручне, или на скафандре космонавта. Затем узел фиксации 2 по пазу 3 перемещают и устанавливают на рукоятке 1 в положение, противоположное положению используемой рабочей головки. При использовании обеих рабочих головок в процессе одной технологической операции космонавт может перемещать узел фиксации 2 по пазу 3 вдоль и/или поперек рукоятки 1, не отсоединяя карабин страховочного фала от узла фиксации 2.

В Ракетно-космической корпорации "Энергия" им. СП. Королева изготовлен опытный образец устройства фиксации в невесомости многофункционального инструмента с протяженной рукояткой, на противоположных концах которой установлены две рабочие технологические головки (фиг. 8). Опытный образ представляет собой молоток, боек которого выполнен из стали 7ХГ2МФГ ГОСТ 5950-73, протяженная рукоятка выполнена из титанового сплава ВТ14Кр ОСТ 1 90173-75, в которой профрезерован продольный паз. Другая оконечность рукоятки, зауженная на 5° по ширине с каждой стороны, выполнена плоской, отогнутой на 15° и содержит открытый конусообразный паз. Это оконечность рукоятки может применяться для отделения "залипших" крышек люков, для захвата головок крепежа, изгибания проволоки, прутков, полос. Пластины фиксатора выполнены фрезерованием из круга по ГОСТ BP 2590-88 из стали 12Х18Н10Т - ТУ 1413564-83, прокладки выполнены из фторопласта-4 по ОСТ 8-6-05-810-88.