RU2791943C1 - Device with tackle for supplying power cable to tethered unmanned aerial vehicle - Google Patents

Abstract

FIELD: unmanned aviation.

SUBSTANCE: cable-lifting and other types of load for devices designed for prompt supply of a power cable to an unmanned air vehicle (UAV) and lowering the cable from it. A metered load, a winch with a controller, a cable outlet pipe, a belt and a converter are introduced into the device with a tackle for supplying a power cable to a tethered UAV. The drive shaft is connected by a belt to the pulley of the hoist drum, carrying out the winding/unwinding of the cable, fixed by the top on the drum. The cable envelopes the grooves of the fixed and movable pulley rollers and passes through the opening of the tackle. The end of the cable passing through the tackle hole is connected to a converter located on the UAV frame, the axis of the movable roller through a metered load is connected to the sensitive element of the sensor, which is used to determine the position of the movable roller and transmit information to the winch controller, the sensor casing, the tackle and the axis of the fixed roller are fixed on the winch frame.

EFFECT: enhancement of operational capabilities.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к отрасли беспилотной авиации, в частности кабелеподъемным и другим видам нагрузки устройствам, предназначенным для оперативной подачи силового кабеля электропитания на привязной высотный беспилотный летательный аппарат и спуска кабеля с него.The invention relates to the unmanned aviation industry, in particular to cable-lifting and other types of load devices designed for the prompt supply of a power cable to a tethered high-altitude unmanned aerial vehicle and lowering the cable from it.

Известен полиспаст (см. RU 2192386 С1, 11.10.2002), содержащий неподвижные и подвижные блоки, имеющие возможность вращения вокруг своих осей и охваченные тросом или цепью, один или два конца которых присоединены к соответствующим грузозахватным органам или барабанам грузоподъемных механизмов, лебедок или другим устройствам, создающим тяговое усилие, причем при наличии свободного конца у данных троса или цепи, не присоединенного к последним, он прикреплен к неподвижной опоре или якорю, при этом неподвижные блоки закреплены на неподвижных опорах или заякорены в грунте, подвижные блоки оснащены индивидуальными обоймами, к которым присоединены стропы, тяговые тросы или соответствующие грузозахватные органы, не менее двух из этих блоков установлены в частности на концах рамы полиспаста с возможностью восприятия веса рамы полиспаста или передачи тягового усилия на нее и обеспечения возможности перемещения последней при работе с полиспастом, а остальные подвижные блоки с обоймами размещены в направляющих рамы полиспаста с возможностью обеспечения отсутствия касания ими и их обоймами других частей рамы полиспаста во время работы с полиспастом по подъему или перемещению груза по какой-либо поверхности. Направляющие его рамы могут быть выполнены с возможностью перемещения расположенных в них подвижных блоков с обоймами вдоль последней.A chain hoist is known (see RU 2192386 C1, 10/11/2002), containing fixed and movable blocks that can rotate around their axes and are covered by a cable or chain, one or two ends of which are attached to the corresponding lifting bodies or drums of hoisting mechanisms, winches or others devices that create traction, and if there is a free end at the given cable or chain that is not attached to the latter, it is attached to a fixed support or anchor, while the fixed blocks are fixed on fixed supports or anchored in the ground, the movable blocks are equipped with individual clips, to to which slings, traction cables or corresponding lifting devices are attached, at least two of these blocks are installed, in particular, at the ends of the chain hoist frame with the ability to perceive the weight of the chain hoist frame or transfer traction to it and enable the latter to move when working with the chain hoist, and the remaining movable blocks with clips placed in chain hoist frame guides with the possibility of ensuring that they and their clips do not touch other parts of the chain hoist frame while working with the chain hoist to lift or move cargo on any surface. The frames guiding it can be made with the possibility of moving the movable blocks located in them with clips along the latter.

Недостатком этого технического решения можно считать конструктивную сложность, связанную с трудновыполнимостью грузозахватных органов, предназначенных для восприятия веса рамы полиспаста.The disadvantage of this technical solution can be considered a constructive complexity associated with the difficulty of lifting bodies designed to take the weight of the chain hoist frame.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое за прототип устройство для перемещения скважинных приборов под добычным насосом (см. RU 2507372 С1, 20.09.2005), в котором под добычным насосом установлен электропривод, соединенный через коническую шестеренчатую пару и цепную передачу с нижним подвижным блоком полиспаста, устроенного по принципу скоростной передачи. Многожильный геофизический кабель, протянутый с устья скважины, питает электропривод и навит на верхний и нижний блоки полиспаста. Под нижним подвижным блоком полиспаста на конце геофизического кабеля подвешены скважинные приборы, управляемые дистанционно с устья скважины через геофизический кабель. На корпусе устройства в предельных точках хода нижнего подвижного блока полиспаста установлены верхний и нижний концевые переключатели для реверсирования направления вращения электропривода. Благодаря реверсированию электропривода, в устройстве обеспечивается движение подвижного блока полиспаста вверх и вниз с последующим перемещением скважинных приборов вниз и вверх соответственно.The closest technical solution to the proposed one is a device adopted as a prototype for moving downhole tools under the production pump (see RU 2507372 C1, 20.09.2005), in which an electric drive is installed under the production pump, connected through a bevel gear pair and a chain transmission to the lower movable block chain hoist, arranged according to the principle of high-speed transmission. A multi-core geophysical cable, stretched from the wellhead, feeds the electric drive and is wound on the upper and lower blocks of the chain hoist. Downhole tools are suspended under the lower movable pulley block at the end of the logging cable, remotely controlled from the wellhead through the logging cable. Upper and lower limit switches for reversing the direction of rotation of the electric drive are installed on the device body at the limit points of the travel of the lower movable block of the chain hoist. Due to the reversal of the electric drive, the device provides for the movement of the movable pulley block up and down, followed by the movement of downhole tools down and up, respectively.

К недостатку этого известного устройства можно отнести низкую эксплуатационную возможность, связанную с механическим износом верхнего и нижнего концевых переключателей, отключающих питание на электроприводе.The disadvantage of this known device is the low operational capability associated with mechanical wear of the upper and lower limit switches that cut off the power to the drive.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение эксплуатационной возможности при подаче силового питающего кабеля на летательный аппарат и спуске кабеля с него.The technical result of the proposed device is to expand the operational capabilities when supplying a power supply cable to an aircraft and lowering the cable from it.

Технический результат достигается тем, что в устройство с полиспастом для подачи силового кабеля на привязной беспилотный летательный аппарат содержит кабель, датчик, электропривод, неподвижный и подвижный ролики полиспаста, введены дозированная нагрузка, лебедка с контроллером, клюз вывода кабеля, ремень и преобразователь, при этом вал электропривода ремнем соединен со шкивом барабана лебедки, осуществляющего смотку/размотку кабеля, закрепленного началом на барабане, кабель огибает желоба неподвижного и подвижного роликов полиспаста и проходит через отверстие клюза, конец прошедшего через отверстие клюза кабеля подключен к расположенному на раме беспилотного летательного аппарата преобразователю, ось подвижного ролика через дозированную нагрузку соединен с чувствительным элементом датчика, служащего для определения положения подвижного ролика и передачи информации контроллеру лебедки, корпус датчика, клюз и ось неподвижного ролика закреплены на раме лебедки.The technical result is achieved by the fact that the device with a chain hoist for supplying a power cable to a tethered unmanned aerial vehicle contains a cable, a sensor, an electric drive, a fixed and movable rollers of the chain hoist, a metered load, a winch with a controller, a cable outlet closure, a belt and a converter are introduced, while the drive shaft is connected by a belt to the pulley of the winch drum, which winds/unwinds the cable, fixed by the beginning on the drum, the cable bends around the troughs of the fixed and movable pulley rollers and passes through the opening of the fairlead, the end of the cable that passed through the opening of the fairlead is connected to the converter located on the frame of the unmanned aerial vehicle, The axis of the movable roller is connected through a metered load to the sensitive element of the sensor, which is used to determine the position of the movable roller and transmit information to the winch controller, the sensor housing, the fairlead and the axis of the fixed roller are fixed on the winch frame.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что на основе использования полиспаста в виде неподвижного ролика и подвижного ролика с дозированной нагрузкой и контроллера, производимого регулируемое управление скоростью вращения барабана лебедки, можно обеспечить безынерционную подачу силового питающего кабеля на летательный аппарат.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that based on the use of a chain hoist in the form of a fixed roller and a movable roller with a metered load and a controller that controls the speed of rotation of the winch drum, it is possible to provide inertia-free supply of power supply cable to the aircraft .

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу подачи силового кабеля на летательный аппарат на базе буфера в виде неподвижного ролика и подвижного ролика с дозированной нагрузкой и регулируемого управления скоростью вращения барабана с намотанным кабелем с желаемым техническим результатом, т.е. расширением эксплуатационной возможности при подаче питающего кабеля на летательный аппарат и спуске кабеля с него.The presence in the claimed device of a combination of the listed existing features makes it possible to solve the problem of supplying a power cable to an aircraft based on a buffer in the form of a fixed roller and a movable roller with a metered load and adjustable speed control of the drum with a wound cable with the desired technical result, i.e. expanding the operational capability when supplying the power cable to the aircraft and lowering the cable from it.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит электропривод 1, лебедку с контроллером 2, неподвижный ролик полиспаста 3, клюз для вывода кабеля 4, силовой кабель 5, подвижный ролик полиспаста 6, дозированную нагрузку 7, датчик 8, ремень 9 и преобразователь 10.The drawing shows a functional diagram of the proposed device. The device contains an electric drive 1, a winch with a controller 2, a fixed chain hoist roller 3, a hawse for cable output 4, a power cable 5, a movable chain hoist roller 6, a metered load 7, a sensor 8, a belt 9 and a converter 10.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении устройства (на земле), оголенную часть закрепленного началом на барабане кабеля 5 с помощью разъема в виде контактного кольца подключают к наземному источнику питания (на чертеже наземный источник не показан), а оголенную часть конца кабеля, прошедшего через отверстие клюза 4 - преобразователю 10, который далее совместно расположенными на раме летательного аппарата другими блоками (эти блоки на чертеже не показаны), обеспечивает электрическое питание летательного аппарата. После этого запускают летательный аппарат и одновременно с этим включают электропривод 1, который своим круговым движением, благодаря ремню 9, приводит во вращение барабана лебедки 2 с намотанным кабелем. По мере поднятья летательного аппарата вверх, кабель выходит от барабана лебедки вверх, огибает неподвижный ролик полиспаста 3, служащий для изменения направления движения кабеля, опускается вниз, огибает подвижный ролик полиспаста 6, дающий выигрыш в усилии, и далее поднимая вверх, проходит через отверстие клюза, служащего для вывода кабеля к летательному аппарату, и состоящего из четырех направляющих обрезиненных роликов. Подвижный ролик, имеющий свободный ход, для безынерционной намотки кабеля, дополнительно снабжается дозированной нагрузкой 7, снижающей нерегулируемую нагрузку на кабель и через нее соединяется с чувствительным элементом датчика 8, определяющего положение подвижного ролика по высоте. С выхода этого датчика информация о положении подвижного ролика поступает в микроконтроллер лебедки, который управляет скоростью и направлением вращения барабана лебедки через электропривод.The device works as follows. In the initial position of the device (on the ground), the bare part of the cable 5 fixed by the beginning on the drum is connected to a ground power source using a connector in the form of a slip ring (the ground source is not shown in the drawing), and the bare part of the end of the cable that passed through the hole of the hawse 4 - the converter 10, which is then jointly located on the frame of the aircraft with other blocks (these blocks are not shown in the drawing), provides electrical power to the aircraft. After that, the aircraft is launched and at the same time the electric drive 1 is turned on, which, with its circular motion, thanks to the belt 9, rotates the winch drum 2 with the wound cable. As the aircraft rises, the cable goes up from the winch drum, goes around the fixed roller of the chain hoist 3, which serves to change the direction of cable movement, goes down, goes around the movable roller of the chain hoist 6, which gives a gain in effort, and then lifting up, passes through the hawse hole , which serves to bring the cable to the aircraft, and consists of four rubber-coated guide rollers. The movable roller, which has free movement, for inertia-free winding of the cable, is additionally supplied with a metered load 7, which reduces the unregulated load on the cable, and through it is connected to the sensitive element of the sensor 8, which determines the position of the movable roller in height. From the output of this sensor, information about the position of the movable roller enters the winch microcontroller, which controls the speed and direction of rotation of the winch drum through the electric drive.

Согласно работе данного устройства положение подвижного ролика, фиксируемое датчиком, условно можно разделить на три зоны. Зона равновесия - режим покоя летательного аппарата стабильно висящего в заданной точке. В этом случае датчик передает информационный сигнал контроллеру лебедки о снижении электропотребления электропривода. Зона резкого взлета - передача сигнала датчиком контроллеру о запуске электропривода для размотки кабеля с барабана под действием тяги платформы и веса дозированной нагрузки. При этом чем выше поднимается подвижный ролик, тем быстрее проходит размотка силового кабеля. Зона резкого снижения - запуск электропривода контроллером для раскрутки барабана лебедки с возможностью намотки кабеля на барабан под действием веса дозированной нагрузки необходимой (определенной) скоростью. При этом чем ниже опускается подвижный ролик, тем быстрее вращается барабан и наоборот. Когда платформа с беспилотным аппаратом снижается, барабан продолжает вращение, подвижный ролик за счет укорочения ветви кабеля поднимается до максимальной высоты, и датчик дает команду контроллеру о наступлении режима равновесия.According to the operation of this device, the position of the movable roller, fixed by the sensor, can be conditionally divided into three zones. Equilibrium zone - the rest mode of the aircraft stably hanging at a given point. In this case, the sensor transmits an information signal to the winch controller about a decrease in the power consumption of the electric drive. Take-off zone - transmission of a signal by the sensor to the controller to start the electric drive to unwind the cable from the drum under the action of the platform thrust and the weight of the dosed load. At the same time, the higher the movable roller rises, the faster the unwinding of the power cable takes place. Sharp decline zone - start of the electric drive by the controller for spinning the winch drum with the possibility of winding the cable onto the drum under the action of the weight of the metered load with the required (certain) speed. In this case, the lower the movable roller falls, the faster the drum rotates and vice versa. When the platform with the unmanned vehicle descends, the drum continues to rotate, the movable roller rises to its maximum height due to the shortening of the cable branch, and the sensor commands the controller to enter the equilibrium mode.

При висении летательного аппарата на рабочей высоте возможны резкие короткие изменения положения летательного аппарата по высоте из-за воздействия воздушных потоков (порывы ветра, турбулентность), обусловливающие прослабление, резкое натяжение кабеля с последующим нарушением полета аппарата, вплоть до его падения. В данном техническом решении для исключения указанных нежелательных природных факторов, а также для плотной намотки кабеля на барабан без его запутывания, гарантирующих равномерную подачу силового кабеля при дрейфе летательного аппарата, предусмотрены следующие соображения. Если аппарат из-за дрейфа поднимается выше, кабель натягивается и подвижный ролик полиспаста, преодолевая массу дозированной нагрузки, переходит в зону размотки, и контроллер дает команду лебедке на разматывание кабеля с увеличением скорости в зависимости от изменения амплитуды отклонения от рабочей высоты. Если аппарат спускается вниз из-за дрейфа, кабель ослабляется, и подвижный ролик под действием дозированной нагрузки переходит в зону намотки, и контроллер дает команду лебедке на наматывание кабеля с увеличением скорости в зависимости от изменения амплитуды от рабочей высоты. В случае недостаточной скорости процедуры намотки/ размотки кабеля, подвижный ролик полиспаста переходит в аварийную зону намотки/размотки, и контроллер, благодаря информации от датчика об аварийной зоне (положение) подвижного ролика, обесточивает лебедку, т.е. формируется свободная процедура размотки/намотки кабеля с возникновением аварийной ситуации.When the aircraft is hovering at operating altitude, sharp short changes in the position of the aircraft in height are possible due to the influence of air flows (gusts of wind, turbulence), causing loosening, a sharp tension in the cable, followed by a disruption in the flight of the aircraft, up to its fall. In this technical solution, in order to eliminate these undesirable natural factors, as well as to tightly wind the cable on the drum without tangling it, which guarantees a uniform supply of the power cable when the aircraft drifts, the following considerations are provided. If the apparatus rises higher due to drift, the cable is pulled and the movable roller of the chain hoist, overcoming the mass of the metered load, goes into the unwinding zone, and the controller commands the winch to unwind the cable with an increase in speed depending on the change in the amplitude of the deviation from the working height. If the machine goes down due to drift, the cable is loosened, and the movable roller moves into the winding zone under the action of a metered load, and the controller commands the winch to wind the cable with an increase in speed depending on the change in amplitude from the working height. In case of insufficient speed of the cable winding / unwinding procedure, the movable roller of the chain hoist goes into the emergency zone of winding / unwinding, and the controller, thanks to information from the sensor about the emergency zone (position) of the movable roller, de-energizes the winch, i.e. a free cable unwinding/winding procedure is formed with the occurrence of an emergency.

В рассматриваемо случае намотанный на барабан силовой кабель в зависимости от скорости поднятья вверх летательного аппарата, при отсутствии возмущающих природных факторов окружающей среды, постепенно (синхронно) разматывается. При спуске аппарата силовой кабель наматывается на барабан. При сигнале с земли об остановке аппарата в рабочей высоте или на земле, процесс размотки/намотки кабеля синхронно тоже останавливается.In the case under consideration, the power cable wound on the drum, depending on the speed of lifting up the aircraft, in the absence of disturbing natural environmental factors, is gradually (synchronously) unwound. When the apparatus is lowered, the power cable is wound on a drum. When a signal from the ground to stop the device at the working height or on the ground, the process of unwinding / winding the cable synchronously also stops.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе буферного накопления кабеля на барабан лебедки, компенсирующего рывковую подачу кабеля в момент его сильного прослаблеия/натяжения, а также регулируемого управления скоростью вращения барабана контроллером через электропривод, можно обеспечить расширение эксплуатационной возможности при подаче кабеля на летательный аппарат и спуске кабеля с него.Thus, in the proposed technical solution based on the buffer accumulation of the cable on the winch drum, which compensates for the jerky feed of the cable at the time of its strong weakening / tension, as well as the adjustable speed control of the drum by the controller through the electric drive, it is possible to expand the operational capability when feeding the cable to the aircraft and lowering the cable from it.

Данное устройство, помимо решения задачи подачи силового кабеля на летательный аппарат, успешно может быть использовано и при проведении монтажных работ, связанных с высоковольтными линиями передачи энергии.This device, in addition to solving the problem of supplying a power cable to an aircraft, can also be successfully used during installation work related to high-voltage power transmission lines.

Claims (1)

Устройство с полиспастом для подачи силового кабеля на привязной беспилотный летательный аппарат, содержащее кабель, датчик, электропривод, неподвижный и подвижный ролики полиспаста, отличающееся тем, что в него введены дозированная нагрузка, лебедка с контроллером, клюз вывода кабеля, ремень и преобразователь, при этом вал электропривода ремнем соединен со шкивом барабана лебедки, осуществляющего смотку/размотку кабеля, закрепленного началом на барабане, кабель огибает желоба неподвижного и подвижного роликов полиспаста и проходит через отверстие клюза, конец прошедшего через отверстие клюза кабеля подключен к расположенному на раме беспилотного летательного аппарата преобразователю, ось подвижного ролика через дозированную нагрузку соединен с чувствительным элементом датчика, служащего для определения положения подвижного ролика и передачи информации контроллеру лебедки, корпус датчика, клюз и ось неподвижного ролика закреплены на раме лебедки.A device with a chain hoist for supplying a power cable to a tethered unmanned aerial vehicle, containing a cable, a sensor, an electric drive, a fixed and movable rollers of the chain hoist, characterized in that it contains a dosed load, a winch with a controller, a cable outlet closure, a belt and a converter, while the drive shaft is connected by a belt to the pulley of the winch drum, which winds/unwinds the cable, fixed by the beginning on the drum, the cable bends around the troughs of the fixed and movable pulley rollers and passes through the opening of the fairlead, the end of the cable that passed through the opening of the fairlead is connected to the converter located on the frame of the unmanned aerial vehicle, The axis of the movable roller is connected through a metered load to the sensitive element of the sensor, which is used to determine the position of the movable roller and transmit information to the winch controller, the sensor housing, the fairlead and the axis of the fixed roller are fixed on the winch frame.

Images