УСТРОЙСТВО - МОРТИРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к областям просвещения и образования в направлении инженерных и технических наук.
Уровень техники
Настоящее устройство относится к электротехнике - к электромагнитным ускорителям ферромагнитных тел, а именно к устройствам для демонстрации физического эффекта взаимодействия магнитного поля и ферромагнитного тела.
Из предшествующего уровня техники известно устройство [http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/261-puka_gaussa_ili_gauss_gan_ii.html], содержащее емкостной накопитель энергии, зарядное устройство, катушку, подключаемую к накопителю энергии через управляемый коммутатор, систему управления и индикации, ствол разгона снаряда и снаряд, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде единого блока типа ружья и при использовании находится в руках пользователя.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании полезной модели, заключается в необходимости создания технического устройства с высокой степенью безопасности для расширения арсенала технических средств, пригодных для использования в образовательных и просветительских целях (в школах, интерактивных музеях, выставках), в том числе для возможности работы на нём с детьми.
Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат состоит в создании устройства для демонстрации физического эффекта взаимодействия магнитного поля и ферромагнитного тела с высокой степенью безопасности и пригодного для пользования им при работе с детьми.
Сущность полезной модели выражается в совокупности следующих существенных признаков, достаточных для реализации назначения полезной модели - возможности работы на ней с детьми и возможности использования её в общественных местах, за счет того, что устройство для демонстрации взаимодействия магнитного поля и ферромагнитного тела, выполненное в виде электромагнитной пушки, включает емкостной накопитель энергии, зарядный модуль, катушку, подключаемую к накопителю энергии через управляемый коммутатор, систему управления и индикации, ствол разгона снаряда в виде стального шарика и стол, причем, катушка и проходящий через нее ствол размещены на шестереночном поворотном механизме, выполненном из изоляционного материала, позволяющем поворачивать ствол в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и стационарно закрепленном на столе, а емкостной накопитель энергии, снабженный системой защиты, зарядный модуль и коммутатор располагаются в отдельном корпусе, стационарно закрепленном под столом, при этом дополнительно повышается безопасность находящихся в помещении людей от травмирования их снарядом, благодаря тому, что область прицеливания устройства ограничена стационарно установленным шестереночным поворотным механизмом.
Таким образом, конструкция полезной модели исключает техническую возможность прикосновения к элементам устройства, находящимся под напряжением (зарядное напряжение емкостного накопителя составляет несколько сотен вольт), а стационарное закрепление шестереночного поворотного механизма на столе определяет и ограничивает область вылета снаряда из устройства.
Осуществление полезной модели
Макет полезной модели - устройство «Мортира электромагнитная» - был изготовлен для демонстрационного стенда «Пушка Гаусса». Стенд в составе макета полезной модели и дополнительного набора малых экспериментов предназначен для изучения связи между электрическим током и магнитным полем.
Общий вид макета полезной модели приведен на рисунке 1.
Все конструктивные элементы устройства (кроме ствола) выполнены из оргстекла. Ствол выполнен из полипропиленовой трубки диаметром 20 мм.
Катушка намотана медным изолированным проводом диаметром 0,8 мм на каркасе из капролона. Бандажирование обмотки произведено электротехнической лентой с эпоксидным клеем.
В конструкции пушки предусмотрена возможность поворота ее ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для этого крепление ствола выполнено в виде системы шестерен, которая приводится в движение вращением ручек (шестереночный поворотный механизм) - рисунок 1.
Катушка вместе с внешним бандажом из оргстеклянных пластин насажена на ствол, и вся конструкция встроена в шестереночный поворотный механизм.
Собственно пушка, кнопки управления и кнопка включения защиты закреплены на столе. Кнопки электронного управления зарядом-разрядом и индикаторные светодиодные лампы расположены в отдельном корпусе и показаны на рисунке 1.
Кнопки ручного включения-отключения защиты емкостного накопителя смонтированы на декоративной вставке стола стенда - рисунок 2.
Емкостной накопитель энергии, зарядный модуль, коммутатор и электронная схема управления смонтированы в отдельном корпусе и закреплены на нижней поверхности столешницы.
Управление работой устройства (заряд-разряд накопителя энергии) обеспечивается электронным блоком управления. Установка снаряда, позиционирование ствола разгона снаряда («прицеливание»), включение-отключение системы защиты выполняются вручную.
Общие параметры макета полезной модели:
полупериод разряда 2 мкс;
снаряды - стальные шарики диаметром 19 мм;
общая емкость 940 мкФ;
номинальное напряжение 400 В;
время заряда - 10 с;
режим работы - периодический.
Устройство работает следующим образом.
1. Отключается вручную система защиты - загорается индикатор зеленый «Накопитель разряжен».
2. Устанавливается вручную снаряд в ствол пушки.
3. Выполняется вручную прицеливание с помощью ручек поворотного шестереночного механизма.
4. Включается вручную кнопка «заряд» и по заданному алгоритму происходит заряд конденсаторов - горит индикатор желтый «Заряд».
5. По достижению номинального напряжения загорается индикатор красный «Готов».
6. Включается вручную кнопка «разряд» и по заданному алгоритму происходит выстрел. Зажигается индикатор зеленый «Накопитель разряжен».
7. Далее процесс может быть повторен с п. 2.
8. После окончания работы вручную включается система защиты.