Привод

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н) (50 4 F 03 G 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3857406/25-06 (22) 21. 02, 85 (46) 07, 10.87. Бюл, № 37 (71)- Ленинградский кораблестроительный институт (72) А.В.Остапенко (53) 62 1.486(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 909275, кл. F 03 G 7/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1134776, кл. F 03 G 7/06, 1982. (54) (57) 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, последние установлены перпендикулярно направлению перемещения штока, прижаты к корпусу другими своими концами, а шток закреплен на середине длины термочувствительньlx элементов, 2. Привод по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что термочувствительные элементы теплоизолированы друг от друга в месте их контакта друг с другом, 3. Привод по пп.. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что в корпусе выполнена заполненная охлаждающей жидкостью полость, в которой размещены термочувствительные элементы.

4. Привод по п. 3, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения допустимой частоты срабатывания привода путем постоянной смены охлаждающей 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 охлаждающей жидкости, а выпускной клапан со сливной магистралью.

1343098

Изобретение относится к машиностроению, а именно к приводам с термочувствительными элементами, выполненными из материала, обладающего

l свойством термамеханической памяти, и может быть использовано в различных механических системах, например, для замены силовых пневмо- и гидроцилиндров и для управления агрегатами пневмогидравлических систем.

Целью изобретения является увеличение рабочего хода штока при неизменной длине элементов, На фиг. 1 показана конструктивная схема предлагаемого привода с одним рабочим термочувствительным элементом (не подвергающийся нагреву спаренный элемент условно изображен в виде пружины), на фиг. 2 — конструк- 2п тивная схема привода с двумя рабочими термочувствительными элементами; на фиг. 3 — зависимость степени деФ формации термочувствительного элемента от величины рабочего хода; на 25 фиг. 4 — зависимость напряжений в термочувствительном элементе от ве— личины рабочего хода, на фиг. 5 — зависимость проекций напряжений на направление рабочего хода от величины ЗО рабочего хода привода с одним рабочим элементом, на фиг. 6 — зависимость проекции напряжений на направление рабочего хода от величины рабочего хода привода с двумя 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 эле- 40 мента 2 и 3 (на фиг. 1 позицией 3 в виде пружины условно показан не подвергающийся нагреву элемент) или 2 и 4 (фиг, 2). Элементы 2-4 выполнены из материала, обладающего свойством 45 термомеханической памяти, — из сплава

"Нитинол-55", соединены друг с другом и с выходным штоком 5 привода таким образом, чтобы шток 5 был закреплен для обеспечения равномерности 5р нагрузки на обе половины этих элементов на середине длины каждого из них, при этом элементы 2-4 пропущены сквозь шток 5 и установлены перпендикулярно направлению перемещения штока 5. Элементы 2-4 изолированы друг от друга и от штока 5 при помощи теплоизоляционных прокладок 6, а также теплоизолированы друг от друга в месте их контакта с корпусом 1 при помощи изоляторов 7. Иеста крепления элементов 2-4 к корпусу 1 выполнены в виде электрических контактов 8-11.

Для обеспечения быстрого охлаждения элементов 2 и 4 при длительной работе привод содержит также поршневой насос 12 теплоносителя — охлаждающей жидкости 13, Для повышения скорости охлаждения термочувствительных элементов 2-4 последние размещены в полости 14 корпуса 1, которая заполнена охлаждающей жидкостью 13. Поршень

15 насоса 12 жестко закреплен на штоке 5 привода. Насос 12 имеет впускной клапан 16, связанный при помощи трубопровода 17 с источником охлаждающей жидкости 13 (не показан),а также выпускной клапан 18, связанный при помощи трубопровода

19 со сливной магистралью (не показана), Подпоршневая полость 20 насоса 12 и полость 14 корпуса 1 гидравлически соедины между собой, Для стравливания воздуха при движении поршня 15 в корпусе 1 имеется отверстие 21.

Привод (фиг. 1) работает следующим образом.

При температуре ниже интервала температур обратного мартенситного превращения термочувствительный элемент 2. деформируется из положения

А D С воздействующим на его середину нерабочим элементом 4, изображенным в виде пружины, до положения

А В С. При нагреве элемента 2 до температуры выше температуры окончания обратного мартенситного превращения он восстанавливает исходную форму А D С, перемещая шток 5 и растягивая элемент 3. При остывании элемента 2 он снова будет деформироваться элементом 3 из положения

А D С до положения А В С. Цикл может быть многократно повторен, Поскольку направления рабочего хода и линейной деформации не совпадают, значительным перемещением штока 5, соответствующим на фиг. 1 линии В D, соответствуют незначительные степени деформации элемента 2, определяемые как Е = (А — AD)/AD, где E — степень деформации. Графическая безразмерная зависимость степени деформации элемента 2 от величины перемещения штока 5 показана на фиг. 3, где все безразмерные величи343098

3 1 ны измеряются в процентах от полудли ны элемента 2, соответствующей на фиг. 1 расстояниям AD или DC.

Зависимость напряжений 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. Линия ОЕ (фиг. 4) соответствует деформации элемента 2 элементом 3, играющим роль пружины, при температуре ниже интервала температур обратного мартенситного превращения. В точке Е

1 к элементу 2 подводится тепло Q u по мере нагрева до температуры выше температуры окончания обратного мартенситного превращения генерируются напряжения возврата формы (линия

Е1К,). После нагрева элемент 2 восстанавливает свою форму, совершая рабочий ход и работу, превосходящую работу, затраченную на деформацию элемента 2 (линия К О). 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 напряжений в поперечном сечении элемента 2. Поскольку направления 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.

Для определения тяговых характеристик составлена диаграмма фиг. 5, на которой представлена зависимость от рабочего хода штока 5 сил Р, и

P,,приложенных к элементу 2 (фиг,1).

По горизонтальной оси отложена величина перемещения штока 5 в процентах от попудлины элемента 2, а по вертикальной оси отложена проекция

P сил Р, и Р на направление рабочего хода, отнесенная к площади поперечного сечения элемента 2, 1

Привод (фиг. 2) работает следующим образом.

Предварительно деформированный элемент 2 нагревается до температуры выше температуры окончания обратного мартенситного превращения ° При этом он восстанавливает прямую форму, вызывая рабочий ход штока 5 и деформируя тождественный элемент 4, После этого нагревают тождественный элемент 4. При нагреве элемента 4 до температуры выше температуры окон5 чания обратного мартенситного превращения он восстанавливает прямую форму, заданную предварительно термической обработкой, совершая обратный рабочий ход штока 5 и деформируя тождественный элемент 2. Цикл может быть многократно повторен °

Элементы 2 и 4 работают в режиме линейной деформации, однако поскольку направление деформации отлично от

15 направления рабочего хода, то малой деформации элементов 2 и 4 соответствует значительный рабочий ход штока 5. На основании данных, представленных на фиг. 5, построена ра20 бочая диаграмма совместной работы двух элементов 2 и 4 (фиг. 6).

На фиг, 6 показана графическая зависимость величины суммарной проек25 ции усилии в элементах 2 и 4 от рабочего хода штока 5 и направления его движения, По вертикальной оси отложены суммарные проекции сил, действующих в элементах 2 и 4, отнеЗ0 сенные к площади их поперечного сечения, а по горизонтальной оси — перемещение штока 5 в процентах от полудлины термочувствительных элементов 2 и 4. Точка 0 на фиг. 6 соот35 ветствует недеформированному положению элемента 4 и максимальной степени деформации элемента 2. При нагреве элемента 2 в нем генерируются усилия возврата формы (линия О К ) и, 40 нагревшись до температуры выше температуры окончания обратного мартенситного превращения, он восстанавливает прямую форму, вызывая рабочий ход поршня 15 и деформируя элемент

45 4 (линия К L). Точка L соответствует недеформированному положению элемента 2 и максимальной деформации элемента 4. При нагреве элемента 4 в нем генерируются усилия возврата

5р формы (линия L Кз) и, нагревшись до температуры вьппе температуры конца обратного мартенситного превращения, он восстанавливает прямую форму, совершая обратный рабочий ход и дефор55 мируя элемент 2 (линия К О) ° Цикл замыкается и может быть многократно повторен. Следует учитывать, что диаграммы фиг, 3-6 построены без учета характера нагрузки и показыва5 134 ют потенциальную способнос- привода к совершению работы.

Работа термочувствительных элементов 2 и 4 привода, изображенного на фиг. 7 и 8, происходит так же, как в приводе, показанном на фиг,2.

Нагрев элемента 2 производится путем пропускания по нему электрического тока. Ток подводится к контактам 8 и 9. Нагрев элемента 4 производится путем подключения электрического тока к контактам 10 и 11. Полость 14 корпуса 1 и подпоршневая полость 20 насоса 12 заполнены охлаждающей жидкостью 13. При движении поршня 15

3098 е вместе со штоком 5 работающего привода происходит изменение объема полости 20. При увеличении объема

5 полости 20 происходит всасывание охлаждающей жидкости 13 через впускной клапан 16, связанный с источником охлаждающей жидкости трубопроводом 17, а при уменьшении объема полости 20 происходит вытеснение жидкости 13 через выпускной клапан 18 в сливную магистраль по трубопроводу

19. Таким образом обеспечивается постоянная смена охлаждающей жидкости

13 во время работы привода и увеличение интенсивности охлаждения.

20 Ю

Рабочий код % 4

Фиг. 3

1 343098 го zo

Раоочии .юеб / с чих. 0

М ЯЮ

Фиг. ,ь Рабочий мед % 4е р Ю

1 343098

A г ю

Фиг 7

Составитель Л.Тугарев

Техред И.Попович Корректор М.Демчик

Редактор С.Пекарь

Заказ 4622/34

Тира к 426 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная, 4