Результат интеллектуальной деятельности: Рукоятка ручного инструмента, используемая преимущественно космонавтом в скафандре в реальных и моделируемых условиях микрогравитации, гипогравитации на поверхности Луны и Марса

Изобретение относится к космической технике, в частности, к инструментально-техническим средствам обеспечения действий космонавта в скафандре в реальных и моделируемых условиях микрогравитации, гипогравитации на поверхности Луны и Марса.

Техническое обслуживание, ремонт являются неотъемлемой составляющей практики инженерной эксплуатации георбитальной станции, реализуемой силами и средствами экипажа. Можно предполагать, что технологические работы будут востребованы и на окололунной или околомарсианской станции, при освоении поверхности Луны и Марса, в сверхдальних полетах. В настоящее время накоплен значительный опыт применения ручных инструментов в космических условиях, в том числе в процессе работ вне гермоотсеков.

При облачении в скафандр на кисть руки надевается перчатка из хлопкового волокна, затем перчатка скафандра, которая состоит из нескольких слоев - оболочек: гермооболочка из латексной резины; силовая оболочка из прочной ткани; теплозащитный слой из поролона; слой экранно-вакуумной теплоизоляции. В перчатку, в средней части ладони вмонтирован жесткий элемент, предотвращающий чрезмерное раздутие перчатки.

По причине многослойности перчатки, внешняя длина пальцев меньше, чем в натуральном виде, особенно большого пальца (который анатомически и функционально противопоставлен остальным), что также снижает возможности кисти руки для захвата.

Избыточное давление в скафандре превращает рукава и пальцы перчаток в аэробалки, сопротивление которых приходится преодолевать при сгибании/разгибании, несмотря на наличие мягких шарниров в области суставов.

Применение ручного инструмента в любых условиях состоит из двух фаз:

- плотный охват ладонью, силовое сжатие пальцами и удерживание рукоятки инструмента;

- манипуляционные движения рабочим органом инструмента по выполнению техпроцесса.

Обычно обе фазы, совмещенные во времени, реализуются благодаря многофункциональному потенциалу кистей рук.

При захвате и удерживании инструмента в процессе технологических действий основная работа мышц направлена на сжатие пальцев. Аналогичные нагрузки возникают при удерживании космонавтом за поручни при перемещении по станции и многократном использовании карабина страховочного фала. Таким образом, преимущественная нагрузка приходится на мышцы-сгибатели пальцев, а значит критическое их утомление, что подтверждается практикой работы в открытом космосе.

Возможность снизить критическую нагрузку на мышцы, управляющие кистями рук, может быть достигнута на следующих основаниях. Необходимость сильно сжимать рукоятку инструмента (например, слесарного или геологического молотка, держателя зубила, пробойника, гаечных ключей и т.п.) существует только на фазе функционирования рабочих органов инструмента. В других состояниях, т.е. в паузах действий рабочего органа, при выполнении приспособительных манипуляций, отдыха и т.п., захват рукоятки может быть ослаблен, но для этого рукоятка должна быть оснащена средствами фиксации на ладони оператора во избежание утраты инструмента.

Известны элементы фиксации на рукоятках инструментов в виде двух несомкнутых дужек, выполненных из эластичного пластика с общим основанием, которое устанавливается в специально предусмотренные пазы в рукоятках инструментов (Г. Сергеев, О. Цыганков. Инструменты для космонавта. Наука и жизнь. №9, 1976, С. 32).

Известны фиксаторы в виде двух дуг, выполненных из стальной проволоки (О.С. Циганков, В.М. Кобрiн. Технологiчна дiяльнiсть космонавта. Харкiв, XAI, 1995, С. 278, 279).

Упомянутые решения являются аналогичными, отличаются только использованными материалами. Экспериментальная оценка образцов, изготовленных по указанным выше решениям, оказалась неудовлетворительной по показаниям эффективности и надежности фиксации, что являлось следствием незамкнутости дуг фиксаторов.

Вместе с тем, фиксатор в виде цельной жесткой дуги, по типу дуги-гарды¹(¹ Гарда - выпуклая дужка на рукоятке сабли, шашки для защиты кисти руки от удара. Новейший словарь иностранных слов и выражений. Москва ACT. Минск. ХАРВЕСТ. 2002. С. 192) на холодном оружии, неприемлем ввиду возможного утончения или отсутствия газовой прослойки между рукой и оболочкой перчатки в зонах контакта перчатки с жесткой дугой.

Задачей изобретения является создание рукоятки ручного инструмента, используемой преимущественно космонавтом в скафандре в реальных и моделируемых условиях микрогравитации, гипогравитации на поверхности Луны и Марса, обеспечивающей эргономичность, эффективность, надежность и безопасность действий космонавта.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности, эффективности, надежности и эргономичности использования ручных инструментов с рукояткой, согласованной с конструктивно-эксплуатационными характеристиками скафандра и функциональными возможностями космонавта, а также повышение производительности труда космонавта.

Технический результат изобретения достигается тем, что рукоятка²(² Рукоятка - узел в виде цилиндрического стержня с ручкой на конце. [http:/sl3d.ru/o slovar html]) ручного инструмента, используемая преимущественно космонавтом в скафандре в реальных и моделируемых условиях микрогравитации и гипогравитации на Луне и Марсе, выполнена в виде стержня, на котором посредством клеммовых соединений³(³ Клеммовое соединение - фрикционно-винтовое соединение для закрепления на осях различных деталей, имеющих прорезь (Новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия» Москва. 2000. С. 220).) установлены параллельные между собой и перпендикулярные оси стержня кронштейны, на стержне между клеммовыми соединениями нанесено неметаллическое покрытие, между кронштейнами натянута пружина растяжения, навитая касательно виток к витку, расстояние h между стержнем и пружиной на 8-10% меньше толщины ладонной части наддутой перчатки скафандра, пружина помещена в тканевый чехол, зафиксированный на кронштейнах, внутри пружины пропущен шнур-ограничитель, закрепленный в точках ее крепления, при этом длина шнура-ограничителя равна длине пружины, растянутой при захвате рукоятки кистью в наддутой перчатке, а длина чехла превосходит расстояние между кронштейнами.

Наличие шнура-ограничителя определяется тем обстоятельством, что при выполнении инструментом динамических операций, например, замахи и удары молотком и т.п., необходима гарантированная надежность фиксации инструмента на руке исполнителя. В таком случае пружина не может растянуться далее предела, определенного шнуром-ограничителем.

Устройство рукоятки показано на фигурах 1-5.

На фиг. 1 - конструкция рукоятки.

На фиг. 2 - разрез А-А.

На фиг. 3 - кронштейн.

На фиг. 4 - крепление пружины и шнура.

На фиг. 5 - схема измерения.

На фиг. 6 - примеры инструментов с рукоятками, используемыми преимущественно космонавтом в скафандре.

На фигурах:

1 - стержень;

2, 3 - кронштейны;

4, 5 - клеммовые соединения;

6 - пружина;

7 - чехол;

8 - шнур-ограничитель;

9, 16 - составные оси;

10 - неметаллическое покрытие;

11, 12 - серьги кронштейнов;

13 - наддутая перчатка скафандра;

14, 15 - бандажи⁴(⁴ Бандаж - плотно прилегающая повязка. Современный толковый словарь русского языка. Москва. Ризердайджест. 2004. С. 31.);

17 - динамометр.

Рукоятка ручного инструмента выполнена в виде стержня 1 (фиг. 1), на котором посредством клеммовых соединений 4, 5 установлены кронштейны 2, 3, параллельные между собой и перпендикулярные оси стержня 1, на последнем между клеммовыми соединениями 4, 5 имеется неметаллическое покрытие 10, например, лента петельная артикул 3С422-Г50 ГОСТ 30019.1-93, между кронштейнами 2, 3, натянута навитая касательно виток к витку пружина растяжения 6, например, наружным диаметром 16 мм из проволоки 2-Т-12Х18Н10Т, ГОСТ 18143-72, при этом расстояние h между пружиной 6 и стержнем 1 меньше на 8-10% толщины ладонной части наддутой перчатки скафандра 13, пружина 6 помещена в тканевой чехол 7, например, из ткани ТТА-2 артикул 86-165-04-ТУ8288-039-1727788575-2005, закрепленный бандажами 14, 15, например, нитками полиамидными, ТУ 8147-016-05138074-01, на серьгах 11, 12 (фиг. 2) кронштейнов 2, 3, внутри пружины 6 пропущен шнур-ограничитель 8, например, шнур технический ШТА-3-75, ТУ 8153-015-17277875-01, пружина 6 и шнур 8 прикреплены к серьгам 11, 12 (фиг. 2) кронштейнов 2,3 посредством составных осей 9, 16 (фиг. 4), при этом длина шнура-ограничителя 8 равна длине пружины, растянутой при захвате рукоятки кистью в наддутой перчатке, а длина чехла превосходит расстояние между кронштейнами.

Способ использования рукоятки в натурных и моделируемых условиях заключается в следующем. Кисть руки в наддутой перчатке 13 вводится с натягом⁵(⁵ Натяг - разность между наружным размером охватывающей детали и внутренним размером охватывающей детали (Новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия» Москва. 2000. С. 322).) в пространство между кронштейнами 2, 3, стержнем 1 и пружиной 6 (фиг. 1), происходит обжим наддутой перчатки скафандра 13 (фиг. 6), чем обеспечивается удерживание рукоятки на руке космонавта с усилием 6-8 кгс*, при этом пружина 6 растягивается не далее предела, определенного длиной шнура-ограничителя 7.

*На образце рукоятки в макетном исполнении экспериментальным путем определено, что удерживание рукоятки на руке без сжатия кисти испытателем при избыточном давлении в скафандре 0,4 ат по показаниям динамометра 17 (http://tdkap.ru) (фиг. 6) равно 6-8 кгс.

Предложенными рукоятками могут быть оснащены инструменты, используемые космонавтом в скафандре в реальных и моделируемых условиях микрогравитации, гипогравитации на поверхности Луны и Марса (фиг. 6).

Изобретение обладает следующими преимуществами.

1. Повышает безопасность, эффективность, надежность и эргономичность использования ручных инструментов, способствует повышению производительности труда космонавта.

2. Благодаря фиксации инструмента на кисти космонавта, захват рукоятки может быть ослаблен в паузах между фазами непосредственного функционирования рабочего органа инструмента, чем обеспечивается снижение нагрузки и критичной утомляемости мышц-сгибателей пальцев и кисти в целом, а значит снижение энерготрат и общей утомляемости космонавта.