Электротермический силовой привод

Полезная модель относится к приводным механизмам, в частности к устройствам преобразования тепловой энергии в механическую.
Из уровня техники известен термомеханический силопривод (патент РФ на изобретение №2392494, МПК F03G 7/06, опубл. 20.06.2010), состоящий из корпуса, в котором размещен шток с поршнем, делящим полость корпуса на две камеры, в каждой из которых установлен комплект цилиндрических пружин, состоящий из двух пружин большего и меньшего диаметра, причем пружины меньшего диаметра вставлены в пружины большего диаметра, все пружины выполнены из термочувствительного сплава с эффектом памяти формы и в начальном положении в одной камере установлены в сжатом состоянии, в другой - в растянутом, а каждая камера снабжена электромагнитными клапанами для впуска и выпуска горячей или холодной воды или другой жидкости, в зависимости от температуры мартенситных превращений термочувствительного сплава пружин. При этом пружины выполнены из нитинола, а корпус выполнен с термоизоляцией.
Недостатком известной конструкции является то, что она не позволяет развить существенное усилие, а также отличается достаточной сложностью и характеризуется трудностями обеспечения ее работы.
Известно также устройство для испытания материалов на твердость в условиях космического пространства (патент РФ на полезную модель №157417, МПК E05F 15/20, G01N 3/40, B64G 4/00, опубл. 10.12.2015), включающее подвижное и неподвижное основания, механизм нагружения и измерительный преобразователь, отличающееся тем, что содержит механизм перемещения образца, установленный на неподвижной основе, а механизм нагружения выполнен в виде проволоки из материала с памятью формы, натянутой между основанием крепления проволоки и кронштейном, на котором жестко зафиксирован один конец пальца, а другой конец, также жестко, зафиксирован с подвижным основанием, причем палец закреплен в неподвижном основании с возможностью перемещения по осевому направлению и снабжен возвратной пружиной.
Основным недостатком конструкции является использование силопривода механизма нагружения только на один вид памяти, например, растяжение-сжатие, что ограничивает возможности устройства.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности является электротермический привод силового элемента (патент РФ на изобретение №2158343, МПК E05F 15/20, B60J 7/06 опубл. 27.10.2000), содержащий металлический корпус, в котором установлен силовой элемент, выполненный в виде изогнутой ленты из материала с обратимой термической памятью формы, один конец которого укреплен жестко в торце корпуса, а другой - в подвижном элементе в контакте со штоком. При этом внутри металлического корпуса, между корпусом и силовым элементом с тепловым контактом с ним установлены термоэлектрические модули, оба электрических вывода которых подсоединены через переключатели к источнику постоянного тока.
Недостатком устройства также является его малая функциональность из-за использования одного вида памяти формы.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание работоспособного силового привода, способного, одновременно или последовательно, прикладывать нагрузки различного характера, и применяемого в заготовительно-штамповочном производстве и испытательной технике.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели заключается в повышении производительности, за счет совмещения нескольких технологических операций и создания требуемого вида нагружения, при сохранении управления величиной усилия.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что электротермический силовой привод, содержащий подвижную и неподвижную опоры, в которые установлены силовые элементы, выполненные из материала с обратимой термической памятью формы и расположенные между этими опорами, включает несколько неподвижных и подвижных опор, которые соединены последовательно и имеют силовые элементы с различной памятью формы, при этом между каждой из неподвижных опор установлен ключ, с возможностью замыкания и размыкания цепи.
Кроме того, силовые элементы выполнены в виде проволоки из нитинола диаметром 1-3 мм.
Кроме того, силовые элементы выполнены в виде листов из нитинола толщиной до 1 мм.
Выполнение силового привода с несколькими неподвижными и подвижными опорами с различными силовыми элементами, позволяет, одновременно или последовательно, прикладывать нагрузки различного характера для одной и той же заготовки или испытуемого образца в короткий промежуток времени, что существенно увеличивает производительность привода.
Установка ключей между каждой из неподвижных опор силового привода позволяет регулировать прохождение электрического тока через силовые элементы для их нагрева и срабатывания, которые необходимы на данный момент для работы, что увеличивает количество возможных вариантов обработки заготовки или испытания образцов.
Выполнение силовых элементов в виде проволоки или «тонких» листов из нитинола позволяет обеспечить малые габаритные размеры устройства и упрощает технику подвода и съема тепла (нагрев - охлаждение силового привода) с каждого тонкого силового элемента, а также не требует использования мощного испытательно-силового оборудования, для создания памяти, так как ее наведение - осуществляется для каждого силового элемента отдельно.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид электротермического силового привода.
Устройство содержит неподвижные опоры 1, каждая из которых соединена с соответствующей подвижной опорой 2 с помощью силовых элементов 3, 4, 5. Также устройство содержит ключи 6, установленные между неподвижными опорами 1. Силовой элемент 3 имеет, например, память на растяжение-сжатие, силовой элемент 4 - на кручение, а силовой элемент 5 - на изгиб.
Электротермический силовой привод работает следующим образом.
При проведении каких-либо штамповочных работ или испытаний материалов в условиях сложного нагружения в конструкцию установки монтируется силовой привод с элементами из материала с памятью формы. В неподвижные опоры 1 устанавливают один конец заготовки детали, а другой конец заготовки, либо в необходимой ее части, закрепляют с подвижными опорами 2 устройства. С помощью ключей 6, которые установлены между неподвижными опорами, осуществляется регулировка того, как и в какой последовательности должны сработать силовые элементы 3, 4, 5. В качестве силовых элементов может быть использована проволока из нитинола диаметром 1-3 мм или листы из нитинола толщиной до 1 мм. Силовые элементы между неподвижными и подвижными опорами устанавливаются параллельно друг другу, позволяя суммировать усилия, развиваемые каждым элементом, при их использовании в едином силоприводе. Количество элементов также зависит от усилия, которое нужно создать. Так, например, развиваемое каждым силовым элементом из проволоки толщиной в 1 мм усилие при нагреве до 100°С составляет 0,28-0,32 кН. Усилие, развиваемое силоприводом, состоящим из трех таких элементов, составляет 0,85-0,95 кН. После проведения всех настроек установка готова к работе. От сети, в зависимости от того какие были произведены настройки и как будут работать ключи 6, на силовые элементы 3, 4 и 5 подается напряжение порядка 0,7 В, в течение 2-3 секунд, чего достаточно для нагревания до 100°С. Эта температура необходима для структурного изменения, которое позволяет металлу «вспоминать» созданную в нем ранее форму (размер) и задавать усилие. Соответствующее усилие передается на заготовку. Усилия могут передаваться как одновременно, так и раздельно. После проведенных манипуляций подача напряжения прекращается и осуществляется охлаждение сжатым воздухом.