ПРИВОД ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к элементам приводных механизмов и может быть использовано в электротехнике в качестве дистанционного управляющего элемента для включения (отключения) различного типа электротехнических устройств, а также в качестве привода различных механизмов преобразующих тепловую энергию в механическую работу (домкрат, пресс, насос, компрессор, мартенситный двигатель).
Известны приводы, силовые элементы которых выполнены в виде сильфона (патент РФ №2161835 С1 от 24.01.2000 МПК Н01Н 61/06. «Электротермический силовой элемент» опубл. 10.01.2001 г.). Электротермический силовой элемент содержит основание, на котором установлен рабочий элемент из материала с обратимой термической памятью формы, выполненный в виде тонкостенного сильфона, внутри которого на основании крепится нагревательный элемент трубчатого типа с прямоходовым подвижным штоком внутри него.
Данный электротермический силовой элемент имеет следующие недостатки:
- создает невысокие тяговые усилия;
- сложен в изготовлении;
- для изготовления силового элемента необходимо использовать дорогостоящий материал с обратимой термической памятью формы.,
Известен также термоэлектровыключатель (авторское свидетельство СССР №675473 МПК Н01Н 37/50 от 25.07.1979 г. опубликован 25.07.79 г. бюл. №27) содержащий цилиндрический корпус, шток из изоляционного материала, две соосно установленные пружины выполненные из материала с эффектом памяти формы. Пружины при нагреве поочередно разжимаются и передвигают шток то в одну, то в другую сторону.
Термоэлектротермический выключатель имеет следующие недостатки:
- для получения больших тяговых усилий, рабочий элемент, выполненный в виде пружины, должен иметь большие геометрические размеры. Это ограничивает его использование в различных выключателях.
- изготовление рабочего элемента термоэлектровыключателя в виде пружины, выполненной из материала с памятью формы является трудоемким процессом.
Прототипом предлагаемого привода является привод линейных перемещений (патент РФ №2015413 от 20.05.91 МПК F03G 7/06. «Привод линейных перемещений» опубл. 30.06.1994 г.), силовые элементы которого выполнены в виде двух кольцевых диафрагм из материала с термомеханической памятью формы, периферийные части которых закреплены в корпусе, снабженном проточками для них, а внутренние - закреплены на передающем элементе, который выполнен в виде штока с выступами для диафрагм. Одна диафрагма изготовлена предварительно деформированной в одну сторону, а другая - в противоположную. У каждой диафрагмы с одной стороны установлены электронагревательные элементы, а с противоположной - охлаждающие элементы, выполненные в виде трубок с хладагентом.
Данный привод имеет ряд недостатков:
- диафрагмы привода могут перемещать шток только в одном направлении, т.е. привод предназначен для одноразового срабатывания. Для повторного действия диафрагм их нужно вновь подвергнуть деформации.
- зоны изменения геометрии диафрагм имеют малый радиус, поэтому при деформировании там будут возникать деформации >8%, что приведет к подавлению эффекта памяти формы. Следовательно, уменьшится восстанавливаемая деформация диафрагм.
- в силу значительной толщины применяемых диафрагм в них при знакопеременном режиме работы возникнут усталостные трещины, снижающие надежность привода.
- предварительная деформация диафрагм в нагретом (аустенитном) состоянии не дает возможности получить максимальную величину восстанавливаемой деформации (величину эффекта памяти формы).
Задачей предлагаемого изобретения является создание более универсального привода позволяющего:
- создать более простую и, следовательно, более надежную конструкцию;
- производить многократное реверсивное перемещение штока. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего
изобретения:
- привод имеет простую и надежную конструкцию и не требует для своего изготовления специальных сплавов с обратимой памятью формы;
- привод позволяет производить многократное и реверсивное перемещение штока;
- привод, является более универсальным и позволяет получать силовые элементы термомеханических приводов с требуемыми перемещениями и усилиями.
Технический результат достигается тем, что: привод линейных перемещений, содержащий корпус, силовые элементы конической формы, выполненные из материала, обладающего термомеханической памятью формы, шток, на противоположных концах которого закреплены силовые элементы, средство нагрева и охлаждения силовых элементов, которые выполнены с предварительной деформацией в противоположные стороны относительно друг друга, согласно изобретению силовые элементы предварительно продеформированы в низкотемпературном мартенситном состоянии и выполнены в виде пакета тарельчатых пружин, средство нагрева представляет собой герметичные камеры, образованные перегородкой в корпусе, с возможностью попеременного сообщения их с теплоагентами различных температур. Силовые элементы могут быть выполнены в виде пакета тарельчатых пружин, при этом конические кольца размещают одно в другом или в виде комбинированного пакета тарельчатых пружин.
Выполняя силовые элементы в виде набора тарельчатых пружин, конические кольца которых размещены одно в одном, получают большие усилия. Выполняя силовые элементы в виде комбинированного набора тарельчатых пружин, получают универсальный привод, позволяющий получать необходимые перемещения и усилия.
Предварительное деформирование силовых элементов в низкотемпературном мартенситном состоянии дает возможность получить большую величину восстанавливаемой деформации (например, для никелида титана, наиболее применяемого в настоящее время материала с термомеханической памятью, максимальное значение этой деформации составляет 8%).
Выполнение средства нагрева в виде герметичных камер позволяет ускорить процессы нагревания или охлаждения соответствующих силовых элементов, значительно упрощает конструктивное исполнение нагревателя элементов и тем самым привод в целом. Возможность герметичных камер попеременно сообщаться теплоагентами различных температур позволяет многократно реверсивно перемещать шток, тем самым дает возможность многоразово использовать привод.
На фиг.1 изображены виды конструкций силовых элементов с применением тарельчатых пружин где: а) силовой элемент в виде пакета тарельчатых пружин, конические кольца которого размещены одно в другом; б) силовой элемент в виде комбинированного пакета тарельчатых пружин.
На фиг.2 приведен заявляемый привод линейных перемещений. Предлагаемый привод содержит корпус 1 с перегородкой 2. К корпусу подведены трубопроводы 3 и 4 для подачи в камеры А и Б теплоагентов с различными температурами. Внутри корпуса установлен шток 5, опирающийся выступами на тарельчатые пружины 6 верхней и нижней камер корпуса. Тарельчатые пружины нижней камеры Б перед установкой деформируют (сжимают) при температуре существования низкотемпературной мартенситной фазы. При одновременной подаче в камеру А теплоагента с низкой температурой, а в камеру Б с высокой температурой материал верхних тарельчатых пружин охлаждается и переходит в мартенситное состояние, а нижних в аустенитное состояние. Прочностные свойства материалов с памятью формы в мартенситном состоянии ниже, чем в аустенитном. При нагревании нижние пружины восстанавливают свою форму и давят на шток, который в свою очередь давит на верхние пружины, вследствие чего, они деформируются и шток перемещается вверх. При последующей подаче в камеру А теплоагента с высокой температурой, а в камеру Б теплоагента с низкой температурой шток будет перемещаться вниз. При периодической смене теплоагентов в камерах А и Б шток может перемещаться то в одну, то в другую сторону, т.е. происходит многократное реверсивное перемещение штока.
Использование предлагаемого привода позволит развивать значительные усилия и обеспечивать большие перемещения при размерах меньших, чем силовые приводы диафрагменного типа.
Например, для тарельчатой пружины, изготовленной из никелида титана марки ТН1 (химический состав: 54%Ni, 46%Ti (весовые проценты)) при внешнем диаметре 25 мм, а внутреннем 15 мм, толщине 1,2 мм, высоте 4,1 мм, при наведенной деформации 40% было достигнуто при 90°С реактивное усилие равное 1500 Н.