ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
HEAT-SENSITIVE ACTUATING MECHANISM

Предлагаемое изобретение относится к приводам систем автоматики, работающим при изменении температуры контролируемой среды.
Известен датчик ТМ-108 включения электродвигателя вентилятора системы охлаждения двигателя автомобиля, содержащий корпус, детали контактной группы, установленные с возможностью взаимного перемещения подвижным толкателем при температурной деформации термочувствительного элемента - биметаллической шайбы (см. Описание датчика ТМ-108. Лист 40. «Автомобили ВАЗ-2103, ВАЗ-2106, ВАЗ-21061» Многокрасочный альбом, В.А. Вершигора, А.П. Игнатов, К.В. Новокшонов и др., М. Машиностроение, 1987 год).
Биметаллическая шайба («хлопающая» мембрана) имеет два устойчивых состояния:
- при температуре ниже 87 град. С она вогнута в сторону дна корпуса;
- при температуре 92 град. С и выше, шайба выгибается в сторону толкателя. Величина прогиба биметаллической шайбы в известном датчике невелика, а лишь достаточна для замыкания слаботочных контактов управления включением вентилятора. Усилие поджатая контактов через подвижный толкатель, развиваемое биметаллической шайбой также не велико.
То есть, к недостаткам термочувствительного исполнительного механизма, выполненного в виде одиночной биметаллической хлопающей мембраны можно отнести:
- малую величину «рабочего хода»;
- малое развиваемое усилие;
- невысокую надежность срабатывания.
Все это ограничивает возможность использования известного термочувствительного исполнительного механизма на базе одиночной биметаллической хлопающей мембраны в чисто механических системах автоматики, где, как правило, для надежной работы требуются существенные величины «рабочего хода» и развиваемого усилия.
В предложенном изобретении вместо одиночной биметаллической «хлопающей» мембраны (параметры которой, как правило, определяются в основном точностью изготовления), используется несколько (6-12) одинаковых «хлопающих» мембран, поэтому, даже если одна или две мембраны не сработают, исполнительный механизм останется работоспособным и выполнит свое назначение. При этом, набором из нескольких биметаллических «хлопающих» мембран можно обеспечить требуемое усилие и «величину рабочего хода» исполнительного механизма, т.е., обеспечивается возможность использования предложенного термочувствительного исполнительного механизма в механических системах автоматики.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в термочувствительном исполнительном механизме, содержащем корпус с установленными внутри него биметаллическими хлопающими мембранами и упором, в корпусе, выполненном в виде стакана, соосно установлены несколько биметаллических хлопающих мембран, каждая из которых обращена выпуклой частью от штока, между биметаллическими хлопающими мембранами установлены упорные промежуточные основания с углублением в центральной части, в котором расположена выпуклая часть биметаллической хлопающей мембраны, а упор выполнен подпружиненным и снабжен штоком.
Анализ известных в технике решений не выявил технических решений с заявленной совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии заявленного изобретения условию патентоспособности «новизна», кроме того, биметаллический исполнительный механизм не следует явным образом из уровня техники, т.е., имеет «изобретательский уровень».
Проведенные испытания опытного образца термочувствительного исполнительного механизма, их положительные результаты, свидетельствуют о том, что заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность предложенного изобретения поясняется схематичными чертежами, где на Фиг. 1 показан общий вид термочувствительного исполнительного механизма в исходном положении, т.е., до воздействия высокой температуры на биметаллические «хлопающие» мембраны. На Фиг. 2 - тоже, после воздействия на термочувствительный механизм высокой температуры, т.е., при срабатывании «хлопающих» мембран и максимально выдвинутом штоке. Величина прогиба «хлопающих» мембран в крайних положениях на Фиг. 1 и Фиг. 2 специально показана увеличенной для обеспечения наглядности восприятия схемы действия предложенного исполнительного механизма.
Термочувствительный исполнительный механизм содержит корпус 1 выполненный в виде стакана с соосно установленными внутри него биметаллическими хлопающими мембранами 2 и упором 3. Каждая из биметаллических хлопающих мембран 2 обращена выпуклой частью от штока. Между биметаллическими хлопающими мембранами 2 установлены упорные промежуточные основания 4 с углублением 5 в центральной части, в котором расположена выпуклая часть биметаллической хлопающей мембраны 2. Упор 3 выполнен подпружиненным, снабжен штоком 6 и имеет возможность перемещения внутри корпуса 1.
В исходном положении, т.е., до воздействия высокой температуры, пружина 7 упирающаяся одним торцом в неподвижную крышку 8, а другим торцом в подвижный упор 3, перемещая его, поджимает биметаллические хлопающие мембраны 2 и упорные промежуточные основания 4 друг к другу и к дну корпуса 1. При этом, высота пакета состоящего из биметаллических хлопающих мембран 2 и промежуточных оснований 4 минимальна, т.е., шток 6 выступает из корпуса 1 термочувствительного исполнительного механизма на минимальную величину.
При воздействии на биметаллические хлопающие мембраны 2 высокой температуры, происходит нагрев слоев биметалла и их деформация. При этом (при определенной температуре) каждая биметаллическая «хлопающая» мембрана переходит в противоположное устойчивое состояние, происходит схлопывание мембран, т.е., выпуклые стороны мембран 2 становятся обращенными в сторону штока 6. Каждая из биметаллических хлопающих мембран 2, изменив направление прогиба, перемещает соседние, ближние к упору 3 детали 2 и 4 в сторону упора 3. Упор 3, несущий шток 6 также перемещается, преодолевая усилие пружины 7. При этом шток 6 перемещается и выступает из корпуса 1 на максимальную величину. Величина «рабочего хода» и усилие штока определяются параметрами биметаллических хлопающих мембран и их количеством.
При окончании воздействия на биметаллические хлопающие мембраны 2 высокой температуры, происходит их остывание и обратное «схлопывание» при определенной температуре. Выпуклая сторона биметаллических «хлопающих» мембран опять располагается в углублениях 5 оснований 4, т.е., каждая из хлопающих мембран вновь обращается выпуклой частью в направление - от штока. Пружина 7 через подвижный упор 3 поджимает друг к другу биметаллические хлопающие мембраны 2 и основания 4, при этом шток 6 возвращается в исходное положение, т.е. минимально выступает из корпуса 1.
Параметры «рабочего хода» предложенного термочувствительного исполнительного механизма достаточны для возможного использования его в системах автоматики не требующих высокого быстродействия. Предложенный исполнительный механизм работоспособен после длительных периодов ожидания (например, десятки лет до разрушения биметаллических хлопающих мембран от коррозии), имеет значительный ресурс - десятки тысяч циклов срабатывания.
Проведенные испытания макета опытного образца термочувствительного исполнительного механизма подтвердили его работоспособность и надежность работы. Параметры: - длина хода, усилие, развиваемое на штоке механизма, были в пределах допустимых после 20 тыс. циклов срабатывания.