ПЕРЕРЕЗАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
OVERCUT DEVICE

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для использования в изделиях машиностроения, в частности в ядерной технике, с целью предотвращения аварийных ситуаций техногенного и природного характера. Перерезающее устройство выполняет функцию разрыва электрической цепи при аварийном повышении температуры окружающей среды выше допустимой путем перерезания электрического жгута.
Известен инструмент для отрезки кабеля (патент WO №2005023475, МПК B23D 15/14, опубл. 02.09.2004 г.), содержащий ножницы с двумя половинами, шарнирно соединенные между собой так, что каждая половина ножниц имеет два конца, из которых первый оборудован режущими поверхностями. Исполнительный орган инструмента, соединенный с ножницами, приводится в действие за счет подрыва пиропатрона с помощью дистанционного управления, что заставляет половины ножниц перемещаться навстречу одна другой и проводить отрезку кабеля.
Недостатком известного инструмента для отрезания является тот факт, что в ряде изделий машиностроения и, в частности, в ядерной технике запрещается использовать взрывчатые и пороховые вещества.
Наиболее близким аналогом является пороховой нож (патент РФ №2287411, МПК B23D 15/14, B21F 11/00, опубл. в бюл. №32 от 20.11.2006 г. ) для резки электрических проводов с обеспечением нарушения электрической связи между источником тока и потребителем, содержащий исполнительный механизм в виде режущего инструмента и пусковой механизм в виде порохового заряда с приводом. Нож выполнен с возможностью заземления. Привод порохового заряда выполнен дистанционным.
Недостатком наиболее близкого аналога является сложность его конструкции, необходимость дистанционного управления и недопустимость использования порохов в ряде изделий машиностроения и, в частности, в ядерной технике.
Задача, решаемая изобретением, - обеспечение разрыва электрической цепи путем перерезания электрического жгута при повышении температуры окружающей среды выше допустимой с использованием привода на основе тарельчатых деталей, изготовленных из сплавов с памятью формы (СПФ) с широким мартенситным гистерезисом, и обеспечение возможности проверки температуры аварийного срабатывания перед постановкой устройства в изделие машиностроения.
Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения:
- упрощение конструкции;
- уменьшение габаритов и массы устройства;
- расширение диапазона температур аварийного перерезания электрических жгутов за счет применения СПФ с широким мартенситным гистерезисом систем TiNiNb или TiNiNbZr;
- повышение хода и усилия при перерезании электрического жгута;
- повышение надежности срабатывания перерезающего устройства за счет возможности предварительного определения температур формовосстановления тарельчатых деталей привода, изготовляемых из СПФ, как перед установкой в изделие машиностроения, так и в процессе его эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что перерезающее устройство содержит исполнительный механизм, выполненный в виде режущего инструмента, и пусковой механизм. Исполнительный и пусковой механизмы размещены в корпусе. Пусковой механизм выполнен в виде термочувствительных элементов из сплава с памятью формы, надетых на имеющийся поршень, на конце которого закреплен подпружиненный режущий инструмент. Корпус жестко закреплен на основании и закрыт крышкой. В основании имеются канавка для размещения электрического жгута и отверстие для прохождения режущего инструмента. Основание жестко закреплено на опорной пластине, на стенках корпуса и крышке имеются отверстия. Термочувствительные элементы выполнены в виде тарельчатых деталей и изготовлены из сплава с памятью формы с широким мартенситным гистерезисом систем TiNiNb или TiNiNbZr. Режущий инструмент изготовлен из токонепроводящего материала.
Сплав с памятью формы или изготовленная из него тарельчатая деталь перед наведением ей деформации и использованием в устройстве безопасности подвергается термической или термомеханической обработке. При повышении температуры выше допустимой тарельчатые детали привода, изготовленные из СПФ, начинают восстанавливать свою первоначальную форму и, разжимаясь, преодолевая сопротивление поддерживающей пружины, толкают поршень с режущим инструментом. Лезвие режущего инструмента упирается в электрический жгут, расположенный между опорной пластиной и основанием, и перерезает его.
В отличие от известных аналогов в заявляемом устройстве для привода используется не пороховой заряд, а тарельчатые детали, изготовленные из сплава с памятью формы с широким мартенситным гистерезисом. Кроме того, в данном устройстве отпадает необходимость в дистанционном управлении приводом, поскольку привод на основе применения тарельчатых деталей из СПФ позволяет ему самостоятельно срабатывать и перерезать электрический жгут при повышении температуры окружающей среды выше допустимой.
Кроме того, упрощается конструкция и обеспечивается большая компактность перерезающего устройства.
На фигурах 1, 2 и 3 схематично изображен пример конструкции перерезающего устройства, где 1 - крышка, 2 - поршень, 3 - термочувствительные элементы, изготовленные из сплава с памятью формы с широким мартенситным гистерезисом, 4 - корпус, 5 - штифт, 6 - нож, 7 - пружина, 8 - основание, 9 - опорная пластина, 10 - шайба, 11 - электрический кабель, 12 - винт.
Для обеспечения работоспособности устройства необходимо на опорную пластину 9 положить электрический кабель 11, часть кабеля 11 закрыть основанием 8. Электрический кабель 11 должен лежать в канавке, которая выполнена в основании 8. Основание 8 жестко соединяется с пластиной 9 винтами 12. В резьбовую часть основания 8 вкручивается корпус 4, который имеет отверстия для подвода тепла к термочувствительным элементам 3 данного устройства. Далее нож 6 при помощи штифта 5 соединяется с поршнем 2, который в свою очередь устанавливается в корпус 4, таким образом, чтобы лезвие ножа 6 находилось перпендикулярно электрическому кабелю 11. Нож 6 изготовлен из токонепроводящего материала. Далее на поршень 2 надеваются термочувствительные элементы 3, которым перед установкой в устройство задается в мартенситном состоянии деформация сжатия. На резьбовую часть корпуса 4 накручивается крышка 1. На стенках корпуса 4 и в крышке 1 выполнены отверстия для подвода тепла к термочувствительным элементам 3. При повышении температуры происходит нагрев термочувствительных элементов 3. При нагреве до пороговой температуры термочувствительные элементы 3, изготовленные из СПФ, начинают восстанавливать свою первоначальную форму и, разжимаясь, преодолевая сопротивление пружины 7, толкают вниз поршень 2 с ножом 6. Лезвие ножа 6 упирается в электрический кабель 11 и перерезает его. Для увеличения хода или усилий термочувствительных элементов 3 перерезающего устройства вместо шайбы 10, заполняющей свободное пространство, можно использовать дополнительный набор термочувствительных элементов 3, изготовленных из СПФ, в зависимости от конкретных требований к устройству.
Изготовленное перерезающее устройство было использовано для перерезания жгута, состоящего из 2-х кабелей марки КИМЭПМ. Термочувствительные элементы изготавливали в виде тарельчатых деталей из сплава 45Ti-45Ni-10Nb (ат. %). Четырем отожженным в вакууме тарельчатым деталям вначале задавали деформацию сжатием. Затем продеформированные рабочие элементы устанавливали в макет термоножа, а сам макет помещали в вертикальную раздвижную трубчатую печь VST 12/-/200. Далее макет термоножа нагревали до температуры Т=100°С с темпом нагрева 10°С/мин. Регистрацию температуры вели по терморегулятору ТРМ-200, в качестве датчика температуры использовали термопару хромель-алюмель, установленную в непосредственной близости от рабочих элементов термоножа. Усилия, развиваемые рабочими элементами, регистрировали по показаниям монитора управляющего компьютера испытательной машины UTS-100K.
Был проведен эксперимент по определению работоспособности макета устройства безопасности. Максимальное усилие, при котором сработал термонож, перерезав жгут своей режущей кромкой, составило 190 Н.
Аналогично был проведен эксперимент с использованием термочувствительных элементов, изготовленных из сплава 43,9Ti45,2Ni8,9Nb2Zr. Максимальное усилие, при котором сработал термонож, перерезав жгут своей режущей кромкой, составило 120 Н.
Применение предлагаемого изобретения позволяет отказаться от использования недопустимого в ряде областей машиностроения, в частности в ядерной технике, порохового заряда для привода, отказаться от дистанционного управления, упростить конструкцию и обеспечить большую компактность устройства безопасности.