CN111620260B - 一种基于记忆合金的自动升降千斤顶及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，属于千斤顶技术领域，包括位于缸体内上下串联放置的若干个升降台，以及位于升降台上方的顶杆；所述升降台由双程记忆处理的形状记忆合金材料制成，所述顶杆穿出缸体用以顶升外部重物；所述各升降台内设有铁芯，所述铁芯外缠绕线圈，所述各线圈与外部交变电机电性连接；所述各升降台上表面均设有温度传感器，所述交变电机由控制器根据温度传感器反馈的温度值开启或关闭。本发明采用与现有技术中千斤顶完全不同的原理，即通过电磁加热方式使记忆合金制成的升降台产生记忆形变进而实现顶升工作，整个装置自动化程度高，操作简单，易掌控，无需消耗人力，具有显著的进步。

Description

一种基于记忆合金的自动升降千斤顶及其使用方法

技术领域

本发明涉及千斤顶技术领域，尤其涉及一种基于记忆合金自动化程度高、操作简便、易掌控的自动升降千斤顶及其使用方法。

背景技术

千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在小行程内顶升重物的轻小起重设备。它主要用于厂矿、交通运输等部门作为车辆修理及其它起重、支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。

现有的千斤顶按原理可分为机械千斤顶和液压千斤顶。液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡定律，也就是说，液体各处的压强是一致的。这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上不同的压力，就可以达到一个变换的目的。人们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。螺旋千斤顶以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮，使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。上述原理形成的千斤顶虽然能够满足顶升重物的需求，但其自动化程度低，操作费时费力，而且在千斤顶使用过程中对操作者具有较高的要求（例如对千斤顶的基础、摆放、操作过程等），尤其是机械式千斤顶更是如此。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明旨在提供一种自动化程度高、操作简便、易掌控的基于记忆合金的自动升降千斤顶及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，包括位于缸体内上下串联放置的若干个升降台，以及位于升降台上方的顶杆；所述升降台由双程记忆处理的形状记忆合金材料制成，所述顶杆穿出缸体用以顶升外部重物；所述各升降台内设有铁芯，所述铁芯外缠绕线圈，所述各线圈与外部交变电机电性连接；所述各升降台上表面均设有温度传感器，所述交变电机由控制器根据温度传感器反馈的温度值开启或关闭。

优选的：所述缸体底部设有储液仓，所述储液仓中装有冷却液，所述各升降台内部均设有油道，且整体循环连通，所述油道一端与储液仓连通，另一端通过循环泵与储液仓连通，所述循环泵由控制器根据温度传感器反馈的温度值开启或关闭。

优选的：所述各升降台之间、升降台与储液仓之间设有隔热层，所述隔热层采用气凝胶毡材料制成。

优选的：所述冷却液为钠钾合金冷却液。

优选的：所述油道为螺旋状。

优选的：所述各升降台的油道连接处设有耐高温密封组件。

优选的：所述循环泵与油道接口端设有过滤组件。

优选的：其特征在于，所述升降台采用TI-NI记忆合金制成。

本发明还提供了上述一种基于记忆合金的自动升降千斤顶的使用方法，包括如下步骤：

S1：向控制器输入工作信号，根据需要提升的高度值，通过交变电机向合适的升降台内部的线圈通电，同时启动相应的温度传感器；

S2：通过电磁加热使升降台温度升高，当到达高温相变点时产生形变，推动上层的升降台及顶杆上升，并通过温度传感器实时反馈温度值；

S3：根据反馈的温度值大小决定是否继续开启或关闭交变电机，具体的当低于高温相变温度设定值启动，高于高温相变温度设定值时停止，直至工作结束关闭交变电机；

S4：向控制器输入冷却信号，启动循环泵，在循环泵的作用下，冷却液通过油道在升降台内部循环流动，达到快速持续降温；

S5：当温度传感器反馈的温度值到达低温相变温度时，关闭循环泵及温度传感器，直至千斤顶恢复原始形态，结束使用。

本发明与现有技术的千斤顶相比采用了完全不同的工作原理，其升降部件主要由若干个记忆合金制成的升降台构成，通过外部交变电机对位于升降台内的线圈通电，使缠绕线圈的铁芯对外部升降台产生交变磁场，而升降台对交变磁力线的切割效果使其内部产生涡流，涡流使其内部载流子互相碰撞、摩擦而产生热能，在此基础上使得升降台温度升高，当温度升高到记忆点时，升降台发生形变，通过预设不同的变形高度，使升降台上升，进而达到顶升的目的；另外，通过多个升降台的设置，以使开启不同升降台或升降台组合时使千斤顶顶升不同的高度；通过循环泵控制冷却液的流动，可以快速降低升降台使用后的温度，当其到达低温形变记忆温度时恢复原始尺寸；各升降台之间的隔热层可有效避免相邻升降台的温度影响；油道口的过滤组件可过滤长期使用过程中系统中掉落的残渣或污物。本发明基于上述原理，通过控制器根据温度传感器反馈的温度值向交变电机发送开启或关闭的信号，并在结束时通过温度传感器反馈的温度开启循环泵降温，自动化程度高，易掌握，且整个过程无需人力操作，更加高效安全。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的原理图；

图3为加装了冷却系统的本发明整体结构示意图；

图4为加装了冷却系统的本发明原理图。

图中：1、缸体；2、升降台；3、顶杆；4、铁芯；5、线圈；6、交变电机；7、温度传感器；8、控制器；9、储液仓；10、油道；11、循环泵；12、隔热层；13、耐高温密封组件；14、过滤组件。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的结构及原理进行充分阐述，以使本领域普通技术人员在此基础上能够理解和实施。

实施例1

如图1、图2所示，本发明公开的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，包括位于缸体1内上下串联放置的三个升降台2，以及位于升降台2上方的顶杆3；所述升降台2由双程记忆处理的形状记忆合金材料制成，所述顶杆3穿出缸体1用以顶升外部重物；所述各升降台2内分别设有铁芯4，所述铁芯4外分别缠绕线圈5，所述各线圈5采用并联方式与外部交变电机6电性连接；所述各升降台2上表面均设有温度传感器7，所述交变电机6由控制器8根据温度传感器7反馈的温度值开启或关闭。

本发明的主要升降原理是由记忆合金材料的双程记忆原理完成的，其形状记忆效应的原理具体为：形状记忆合金在一定范围内发生塑性变形后，经加热到某一温度之上，能够恢复变形，其实质是热弹性马氏体相变；形状记忆合金在低温相为马氏体，柔软且易变形；高温相为奥氏体，硬度增大；冷却过程中，母相会转变为孪晶马氏体，在外应力下容易变形成某一特定形状；加热时，已发生形变的马氏体会回到原来的奥氏体状态。在本发明中的升降台2为低温马氏体状态下的形状，通过加热可回弹回高温相形状，即奥氏体状态下的形状，通过结构设置即可完成形状的伸缩，且高温相时的奥氏体形态其硬度更大，更加适合顶升重物。文中的加热方式为电磁加热方式，即利用电磁感应原理进行热量转换，通过给线圈5通以交变电流，使铁芯4周围产生交变磁场，进而使处于磁场中的形状记忆合金材料内部产生涡流，在内部载流子的碰撞、摩擦作用下快速升温，其相对电阻加热有着加热速度快、节能效果好等优点，尤其适用在本发明中。

优选的：上述升降台2采用目前研究最全面、记忆性能最好的TI-NI记忆合金制成。因其具有强度高、耐腐蚀性好、稳定性好、且成本低等优点，尤其适用于本发明。

上述千斤顶的具体工作过程为：1.向控制器8输入工作信号，根据需要提升的高度值，通过交变电机6向合适的升降台2内部的线圈5通电，同时启动相应的温度传感器7；2.通过电磁加热使升降台2温度升高，产生形变，推动上层的升降台2及顶杆3上升，并通过温度传感器7实时反馈温度值；3.根据反馈的温度值大小决定是否继续开启或关闭交变电机6（一般情况下，应设定为低于高温相变温度2-5℃时启动，高于高温相变温度15-20℃时停止启动，此处的温度设置很重要，尤其是停止温度设置，可有效避免温度过高时对记忆合金产生的不良影响进而影响记忆效果）；4.使用结束后，关闭控制器8。

需要特别注意的是：1.缸体1上部应预留升降台2的有效提升空间，或是留有最上方升降台2向上伸出的通道；2.各线圈5应通过对应升降台2底部，再经预留通道与外部电机连接，以避免因升降台2提升而导致的线路损坏，且线路中应预留一定长度来满足因升降台2形变而产生的线路延长；3.铁芯4的位置应设置在升降台2的几何中心处，以满足充分均匀加热的要求；4.升降台2的数量及各个升降台2的形变高度可灵活设置，以适用不同提升距离的状况，而控制器8亦可通过各升降台2的不同组合，形成不同提升高度的信号控制开关。

本实施例相比现有技术的千斤顶，利用电磁加热记忆合金材料，使其由低温相转变成高温相来实现千斤顶的顶升效果，整个工作过程自动化程度高，无需耗费人力，且操作简单方便。

实施例2

如图3、图4所示，本实施例在实施例1的基础上做了如下优化，具体的：所述缸体1底部设有储液仓9，所述储液仓9中装有冷却液，所述各升降台2内部均设有油道10，且整体循环连通，所述油道10一端与储液仓9连通，另一端通过循环泵11与储液仓9连通，所述循环泵11由控制器8根据温度传感器7反馈的温度值开启或关闭。通过上述结构优化，可在千斤顶工作结束后，通过控制器8打开循环泵11，通过冷却液在油道10中循环冷却，快速降低升降台2的温度，使其尽快达到低温相，恢复低温相形态，节省后续工作时间；为了使冷却速度快且效果好，冷却液采用钠钾合金冷却液，液态钠和液态钾可以以任意比混溶，共晶NA-K合金的熔点为-12.65 ± 0.01℃，其主要优点在于换热性能好且价格便宜。为了进一步加速冷却效果，提高换热面积，将所述油道10设为螺旋状环绕在升降台2的内部，通过调整合适的螺距，以使其适用于不同大小的升降台2，达到理想的冷却降温效果。

其具体冷却过程是：1.控制器8接受冷却信号后，启动循环泵11；2.通过循环泵11将冷却液从储液仓9中抽动；3.通过冷却液在油道10中的循环流动，快速降低使用的升降台2温度；4.当温度传感器7反馈的温度值到达低温相变温度时，停止循环泵11工作，冷却工作结束。

本实施例还提供了上述千斤顶的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：向控制器8输入工作信号，根据需要提升的高度值，通过交变电机6向合适的升降台2内部的线圈5通电，同时启动相应的温度传感器7；

S2：通过电磁加热使升降台2温度升高，当到达高温相变点时产生形变，推动上层的升降台2及顶杆3上升，并通过温度传感器7实时反馈温度值；

S3：根据反馈的温度值大小决定是否继续开启或关闭交变电机6，具体的当低于高温相变温度设定值启动，高于高温相变温度设定值时停止，直至工作结束关闭交变电机6；

S4：向控制器8输入冷却信号，启动循环泵11，在循环泵11的作用下，冷却液通过油道10在升降台2内部循环流动，达到快速持续降温；

S5：当温度传感器7反馈的温度值到达低温相变温度时，关闭循环泵11及温度传感器7，直至千斤顶恢复原始形态，结束使用。

优选的：所述各升降台2之间、升降台2与储液仓9之间设有隔热层12，用以消除各升降台2之间的温度影响。所述隔热层12采用气凝胶毡材料制成，气凝胶毡具有柔软﹑易裁剪﹑密度小、无机防火﹑整体疏水、绿色环保等特性，是目前约400℃温度区域内导热系数最低的固体绝热材料，尤其适合管道式保温。

为提高系统的整体密封性，在所述各升降台2的油道10连接处设有耐高温密封组件13。

为消除冷却液在长久工作过程中产生的杂质，在所述循环泵11与油道10接口端设有过滤组件14。

上述实施例仅是本发明的优选实施例，并非对本发明做出的任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术原理及方案范围情况下，都可利用以上公开的方法对本发明的技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明的原理或方案，依据本发明的技术实质对本发明公开的技术特征做出的任何组合、修改或替换均应属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，其特征在于，包括位于缸体（1）内上下串联放置的若干个升降台（2），以及位于升降台（2）上方的顶杆（3）；所述升降台（2）由双程记忆处理的形状记忆合金材料制成，所述顶杆（3）穿出缸体（1）用以顶升外部重物；所述各升降台（2）内设有铁芯（4），所述铁芯（4）外缠绕线圈（5），所述各线圈（5）与外部交变电机（6）电性连接；所述各升降台（2）上表面均设有温度传感器（7），所述交变电机（6）由控制器（8）根据温度传感器（7）反馈的温度值开启或关闭；所述缸体（1）底部设有储液仓（9），所述储液仓（9）中装有冷却液，所述各升降台（2）内部均设有油道（10），且整体循环连通，所述油道（10）一端与储液仓（9）连通，另一端通过循环泵（11）与储液仓（9）连通，所述循环泵（11）由控制器（8）根据温度传感器（7）反馈的温度值开启或关闭。

2.如权利要求1所述的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，其特征在于，所述各升降台（2）之间、升降台（2）与储液仓（9）之间设有隔热层（12），所述隔热层（12）采用气凝胶毡材料制成。

3.如权利要求1所述的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，其特征在于，所述冷却液为钠钾合金冷却液。

4.如权利要求1所述的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，其特征在于，所述油道（10）为螺旋状。

5.如权利要求1所述的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，其特征在于，所述各升降台（2）的油道（10）连接处设有耐高温密封组件（13）。

6.如权利要求1所述的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，其特征在于，所述循环泵（11）与油道（10）接口端设有过滤组件（14）。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶，其特征在于，所述升降台（2）采用TI-NI记忆合金制成。

8.如权利要求1所述的一种基于记忆合金的自动升降千斤顶的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：向控制器（8）输入工作信号，根据需要提升的高度值，通过交变电机（6）向合适的升降台（2）内部的线圈（5）通电，同时启动相应的温度传感器（7）；

S2：通过电磁加热使升降台（2）温度升高，当到达高温相变点时产生形变，推动上层的升降台（2）及顶杆（3）上升，并通过温度传感器（7）实时反馈温度值；

S3：根据反馈的温度值大小决定是否继续开启或关闭交变电机（6），具体的当低于高温相变温度设定值启动，高于高温相变温度设定值时停止，直至工作结束关闭交变电机（6）；

S4：向控制器（8）输入冷却信号，启动循环泵（11），在循环泵（11）的作用下，冷却液通过油道（10）在升降台（2）内部循环流动，达到快速持续降温；

S5：当温度传感器（7）反馈的温度值到达低温相变温度时，关闭循环泵（11）及温度传感器（7），直至千斤顶恢复原始形态，结束使用。

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