SU1343098A1 - Привод - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к приводам с термочувствительными элементами, выполненными из материала, обладающего свойством термомехаиической пам ти, и может быть использовано в различных механических системах, например, дл  замены силовых пневмо- и гидроцилиндров и дл  управлени  агрегатами пневмогидравлических систем.

Целью изобретени   вл етс  увеличение рабочего хода штока при неизменной длине элементов.

На фиг. 1 показана конструктивна  схема предлагаемого привода с одним рабочим термочувствительным элементом (не подвергающийс  нагреву спаренный элемент условно изображен в виде пружины); на фиг. 2 - конструктивна  схема привода с двум  рабочими термочувствительными элементами; на фиг. 3 - зависимость степени дес

формации термочувствительного элемента от величины рабочего хода; на фиг. 4 - зависимость напр жений в термочувствительном элементе от величины рабочего хода, на фиг. 5 - зависимость проекций напр жений на направление рабочего хода от величины рабочего хода привода с одним рабочи элементом; на фиг. 6 - зависимость проекции напр жений на направление рабочего хода от величины рабочего хода привода с двум  рабочими элементами; на фиг. 7 - привод, осевой разрез; на фиг. 8 - вид А на фиг. 7.

Привод содержит корпус 1 и прижатые к нему обоими своими концами два одинаковых термочувствительных элемента 2 и 3 (на фиг. 1 позицией 3 в виде пружины условно показан не подвергающийс  нагреву элемент) или 2 и 4 (фиг. 2). Элементы 2-4 выполнены из материала, обладающего свойством термомеханической пам ти, - из сплав Нитинол-55, соединены друг с другом и с выходным штоком 5 привода таким образом, чтобы шток 5 был закреплен дл  обеспечени  равномерности нагрузки на обе половины этих элементов на середине длины каждого из них при этом элементы 2-4 пропущены сквозь шток 5 и установлены перпендикул рно направлению перемещени  штока 5. Элементы 2-4 изолированы друг от друга и от штока 5 при помощи теплоизол ционных прокладок 6, а также теплоизолированы друг от друга в

0982

месте их контакта с корпусом 1 при помощи изол торов 7. Места креплени  элементов 2-4 к корпусу 1 выполнены

в виде электрических контактов 8-11.

)

Дл  обеспечени  быстрого охлаждени  элементов 2 и 4 при длительной работе привод содержит также поршневой насос 12 теплоносител  - охлаждающей

0 жидкости 13. Дл  повышени  скорости охлаждени  термочувствительных элементов 2-4 последние размещены в полости 14 корпуса 1, котора  заполнена охлаждающей жидкостью 13. Поршень

5 ,15 насоса 12 жестко закреплен на штоке 5 привода. Насос 12 имеет впускной клапан 16, св занный при помощи трубопровода 17 с источником охлаждающей жидкости 13 (не покаQ зан),а также )зыпускной клапан 18, св занный при помощи трубопровода 19 со сливной магистралью (не показана ) . Подпоршнева  полость 20 насоса 12 и полость 14 корпуса 1 гид5 равлически соедины между собой. Дл  стравливани  воздуха при движении поршн  15 в корпусе 1 имеетс  отверстие 21 .

Привод (фиг. 1) работает следуто0 щим образом.

При температуре ниже интервала температур обратного мартенситного превращени  термочувствительный элемент 2. деформируетс  из положени 

35 А D С воздействующим на его середину нерабочим элементом 4, изображенным в виде пружины, до положени  ABC. При нагреве элемента 2 до температуры вьш1е температуры оконча40 ни  обратного мартенситного превращени  он восстанавливает исходную форму А D С, перемеща  шток 5 и раст гива  элемент 3. При остывании элемента 2 он снова будет деформиро45 ватьс  элементом 3 из положени 

А D С до положени  ABC. Цикл может быть многократно повторен.

Поскольку направлени  рабочего хода и линейной деформации не совпа50 дают, значительным перемещением штока 5, соответствующим на фиг. 1 линии В D, соответствуют незначительные степени деформации элемента 2, определ емые как (АВ - AD)/AD,

55 где - степень деформации. Графическа  безразмерна  зависимость степени деформации элемента 2 от величины перемещени  штока 5 показана на фиг. 3, где все безразмерные величи1 и

ны измер ютс  в процентах от полудлны элемента 2, соответствующей на фиг. 1 рассто ни м AD или DC.

Зависимость напр жений в термочувствительном элементе 2 от величины рабочего хода (фиг. 4) построена с использованием характеристики термомеханического возврата формы сплава Нитинол-55 и результатов, представленных на фиг. 3. Лини  ОЕ (фиг. 4) соответствует деформации элемента 2 элементом 3, играющим роль пружины, при температуре ниже интервала температур обратного мар- тенситного превращени . В точке Е к элементу 2 подводитс  тепло Q по мере нагрева до температуры выше температуры окончани  обратного мар тенситного превращени  генерируютс  напр жени  возврата формы (лини  ,). После нагрева элемент 2 вос- стан авливает свою форму, соверша  рабочий ход и работу, превосход щую работу, затраченную на деформацию элемента 2 (лини  ). На горизонтальной оси диаграммы фиг. 4 нанесена величина рабочего хода в процентах от полудлины элемента 2. На вертикальной оси диаграммы фиг. 4 на несены величины напр жений в поперечном сечении элемента 2. Поскольку направлени  рабочего хода и деформации элемента 2 не совпадают, то с направлением рабочего хода не совпадает и направление усилий, генерируемых при возврате формы в элементе 2.

Дл  определени  т говых характеристик составлена диаграмма фиг. 5, на которой представлена зависимость от рабочего хода штока 5 сил Р, и Р, приложенных к элементу 2 (фиг.1) По горизонтальной оси отложена величина перемещени  штока 5 в процентах от ПОЛУДЛИНЫ элемента 2, а по вертикальной оси отложена проекци  Р сил Р и Р„ на направление рабочего хода, отнесенна  к площади поперечного сечени  элемента 2. I

Привод (фи. 2) работает следующим образом.

Предварительно деформированный элемент 2 нагреваетс  до температуры Bbmie температуры окончани  обратного мартенситного превращени . При этом он восстанавливает пр мую форму вызыва  рабочий ход штока 5 и деформиру  тождественный элемент 4. Пос

ле этого нагревают тождественный элемент 4. При нагреве элемента 4 до температуры вьш1е температуры окончани  обратного мартенситного превращени  он восстанавливает пр мую форму, заданную предварительно термической обработкой, соверша  обратный рабочий ход штока 5 и деформиру  тождественный элемент 2. Цикл может быть многократно повторен.

Элементы 2 и 4 работают в режиме линейной деформации, однако поскольку направление деформации отлично от направлени  рабочего хода, то малой деформации элементов 2 и 4 соответствует значительный рабочий ход штока 5. На основании данных, представленных на фиг. 5, построена рабоча  диаграмма совместной работы двух элементов 2 и 4 (фиг. 6).

На фиг, 6 показана графическа  зависимость величины суммарной проек- ции усилий в элементах 2 и 4 от рабочего хода щтока 5 и направлени  его движени . По вертикальной оси отложены суммарные проекции сил, действующих в элементах 2 и 4, отне0 сенные к площади их поперечного сечени , а по горизонтальной оси - перемещение штока 5 в процентах от полудлины термочувствительных элементов 2 и 4. Точка О на фиг. 6 соот5 ветствует недеформированному положению элемента 4 и максимальной степени деформации элемента 2. При нагреве элемента 2 в нем генерируютс  усили  возврата формы (лини  О К4.) и,

0 нагревшись до температуры вьш1е температуры окончани  обратного мартенситного превращени , он восстанавливает пр мую форму, вызыва  рабочий ход поршн  15 и деформиру  элемент

5 4 (лини  К L). Точка L соответствует недеформированному положению элемента 2 и максимальной деформации элемента 4. При нагреве элемента 4 в нем генерируютс  усили  возврата

0 формы (лини  L Kj) и, нагревшись до температуры вьш1е температуры конца обратного мартенситного превращени , он восстанавливает пр мую форму, соверша  обратный рабочий ход и дефор5 миру  элемент 2 (лини  К О). Цикл замыкаетс  и может быть многократно повторен. Следует учитывать, что диаграммы фиг. 3-6 построены без учета характера нагрузки и показывают потенциальную способностп привода к совершению работы.

Работа термочувствительных элементов 2 и А привода, изображенного на фиг. 7 и 8, происходит так же, как в приводе, показанном на фиг.2. Нагрев элемента 2 производитс  путем пропускани  по нему электрического тока. Ток подводитс  к контактам 8 и 9. Нагрев элемента 4 производитс  путем подключени  электрического тока к контактам 10 и 11. Полость 14 корпуса 1 и подпоршнева  полость 20

насоса 12 заполнены охлаждающей жид- 15 13 во врем  работы привода и увели- костью 13. При движении поршн  15 чение интенсивности охлаждени .

вместе со гатоком 5 работающего привода происходит изменение объема полости 20. При уве-личении объема полости 20 происходит всасывание охлаждающей жидкости 13 через впускной клапан 16, св занный с источником охлаждающей жидкости трубопроводом 17, а при уменьшении объема по- лости 20 происходит вытеснение жидкости 13 через выпускной клапан 18 в сливную магистраль по трубопроводу 19. Таким образом обеспечиваетс  посто нна  смена охлаждающей жидкости

X

t 0 t

z

7

f

го

i

10

го

30

Фиг It

Рабочий foS

./

10го30to

Фиг 5 /,t

10

J

10 KI го39fo

Фиг. 6 ,

Г/ ,v

т.1 I уД, r/

7

ВидА

(21 26

////,,,/

1ft

Редактор С.Пекарь

Составитель Л.Тугарев

Техред И.Попович Корректор М.Демчик

Заказ 4622/34Тираж 426Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

Фиг. 8

Claims (4)

1. ПРИВОД, содержащий корпус и прижатые к нему одним концом два одинаковых термочувствительных элемента из материала, обладающего свойством термомеханической памяти, установленные с возможностью работы в противофазе и соединенные друг с другом и с выходным штоком, а также поршневой насос для теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения рабочего хода штока при неизменной длине элементов, прижаты к корпусу другими своими концами, а шток закреплен на середине длины термочувствительных элементов.

2. Привод поп. 1, отличающий с я тем, что термочувствительные элементы теплоизолированы друг от друга в месте их контакта друг с другом.

3. Привод по пп.. 1 и 2, отличающийся тем, что в корпусе выполнена заполненная охлаждающей жидкостью полость, в которой размещены термочувствительные элементы.

4. Привод поп. 3, отличаю- щийся тем, что, с целью увеличения допустимой частоты срабатывания _с привода путем постоянной смены ох- ® лаждающей жидкости, он снабжен внешним источником последней и сливной магистралью, поршень насоса закреплен на выходном штоке, подпоршневая полость насоса гидравлически соединена с полостью корпуса, впускной клапан соединен с источником охлажда-

SU ..„1343098