АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ В ТЕПЛИЦЕ Российский патент 1997 года по МПК A01G9/24 

Изобретение относится к области создания устройств для поддержания заданной температуры в теплицах.

Известен автоматический регулятор температуры в теплице, содержащий силовой элемент, кинематически связанный с вентиляционной створкой теплицы.

Данный автоматический регулятор служит прототипом предлагаемого изобретения.

Недостатком рассматриваемого устройства является низкий запирающий момент, прикладываемый к вентиляционной створке теплицы. В данной конструкции он зависит от усилия, создаваемого силовым элементом. При порывах ветра порядка 10 м/с на вентиляционной створке размером 0,5 х 0,5 м может создаваться открывающий момент более 0,3 кгс•м, что при величине рычага 0,025 м создает усилие на силовом элементе порядка 12,5 кгс. Это требует существенного увеличения габаритов силового элемента в сравнении с необходимыми для открытия и закрытия вентиляционной створки в безветренную погоду. Создание же недостаточного запирающего момента на вентиляционной створке может привести к ее открытию в холодную погоду и к недопустимому снижению температуры в теплице.

Целью изобретения является создание высокого противодействующего момента при внешнем воздействии на вентиляционную створку без увеличения массогабаритных показателей силового элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматическом регуляторе температуры в теплице, содержащем силовой элемент, кинематически связанный с вентиляционной створкой теплицы, указанный силовой элемент связан с подвижным элементом, установленным на направляющей с возможностью перемещения под действием усилия силового элемента, а подвижный элемент кинематически связан с вентиляционной створкой на расстоянии от направляющей, исключающем перемещение подвижного элемента по направляющей за счет усилия со стороны вентиляционной створки.

По мнению автора, предлагаемое техническое решение является новым, т.к. признаки, а равно и их совокупность обладают существенными в сравнении с прототипом отличиями.

В современной технике не выявлено эквивалентного технического решения, содержащего совокупность признаков, отличающих данное изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения состоит в передаче усилия с силового элемента на вентиляционную створку посредством промежуточного механизма стопорения. Последний включает в себя подвижный элемент, размещенный на направляющей, который соединен с силовым элементом и имеет возможность перемещения вдоль направляющей под действием усилия силового элемента. Сам подвижный элемент сочленен с элементами вентиляционной створки на таком расстоянии от направляющей, что при силовом воздействии вентиляционной створки на подвижный элемент происходит его "заклинивание" на направляющей за счет сил трения. При этом исключается передача перемещения с вентиляционной створки на подвижный элемент.

В результате становится возможным перемещение подвижного элемента и, соответственно, поворот вентиляционной створки при небольшом усилии со стороны силового элемента, тогда как несанкционированный поворот вентиляционной створки под действием какого-либо внешнего усилия на створку при этом полностью исключается.

На фиг. 1 представлен общий вид варианта предлагаемого устройства; на фиг. 2, 3 варианты выполнения промежуточного звена между силовым элементом и вентиляционной створкой теплицы; на фиг. 4, 5 векторные диаграммы усилий в промежуточном звене между силовым элементом и вентиляционной створкой теплицы.

Автоматический регулятор температуры в теплице (фиг.1) состоит из силового элемента 1 в виде материала с большим коэффициентом линейного расширения, который одним концом закреплен с помощью стойки 2 к каркасу теплицы 3, а вторым концом соединен с рычагом 4. Рычаг 4 установлен с возможностью вращения на стойке 5, укрепленной на каркасе теплицы 3. Второй конец рычага 4 сочленен посредством компенсационной пружины 6 и тяги 7 с подвижным элементом 8 П-образного поперечного сечения. Подвижный элемент 8 своим пазом охватывает с небольшим зазором направляющую 9 в виде пластины с загнутыми концами, с помощью которых она закреплена на каркасе теплицы 3. Рычаг 10 одним концом жестко соединен с подвижным элементом 8, а вторым концом подвижно сочленен с рычагом 11 вентиляционной створки 12, которая установлена на осях 13 на каркасе теплицы 3. Подвижный элемент 8 тягой 14 соединен с пружиной противодействия 15, закрепленной с помощью стойки 16 на каркасе теплицы 3.

Промежуточное звено устройства может быть размещено в верхней части вентиляционной створки 12 (фиг.2). Сочленение рычага 10 подвижного элемента 8 с рычагом 11 может быть смещено в сторону от вентиляционной створки 12 относительно направляющей 9 (фиг.2). Плоскость, в которой перемещается подвижный элемент 8 с рычагом 10 по направляющей 9, может располагаться под углом к плоскости, в которой перемещается рычаг 11 вентиляционной створки 12 (фиг. 3).

Рычаг 10 может иметь различную форму или являться частью подвижного элемента 8, т.е. вообще отсутствовать как отдельный элемент. Подвижный элемент 8 и направляющая 9 также могут быть выполнены различной формы и размеров, например в виде втулки с цилиндрическим отверстием, надетым на цилиндрическую направляющую 9 (фиг.5). Направляющая 9 может иметь криволинейную форму, например форму части окружности, состоять из ряда параллельных элементов и т. д. Во всех возможных вариантах выполнения подвижного элемента 8 и направляющей 9 должно исключаться вращение подвижного элемента 8 относительно направляющей 9 в плоскости, проходящей через направляющую 9 и место сочленения с элементом вентиляционной створки 12, в частности с рычагом 11.

В качестве силового элемента 1 могут быть использованы самые различные устройства, например гидроцилиндр, которые могут иметь различную кинематическую связь с подвижным элементом 8. При этом пружина противодействия 15 может отсутствовать (фиг.3).

Работа предлагаемого автоматического регулятора температуры в теплице.

При повышении температуры в теплице силовой элемент 1 (фиг.1) увеличивает свои линейные размеры и рычаг 4 под действием пружины противодействия 15 поворачивается на стойке 5. При этом тяга 14 перемещает подвижный элемент 8 по направляющей 9. Соответственно рычаг 10 через рычаг 11 поворачивает вентиляционную створку 12 на осях 13 относительно каркаса теплицы 3 в сторону открытия.

Перемещение подвижного элемента 8 по направляющей 9 возможно, если сила силового элемента F_с (в данном случае разность усилий пружины противодействия и усилия на конце рычага 4) превышает силу F_в, действующую со стороны вентиляционной створки 12, и силу трения F_тр подвижного элемента 8 о направляющую 9, которая создается силами реакции F_рс и F_рв направляющей 9 на силы F_с и F_в (фиг.4). Для простейшего случая (подвижный элемент 8 прямоугольной формы, вес подвижного элемента 8 и рычага 11 близок к нулю, направляющая 9 прямолинейна, рычаг 11 перпендикулярен к направляющей 9) условие возможности перемещения подвижного элемента 8 по направляющей 9 определяется уравнением
F_с > F_в (b +2•l₂•K_тр)/(b +2•l₁•K_тр), (1)
где b длина подвижного элемента 8;
l₁, l₂ расстояние от направляющей 9 до точек приложения усилий F_с и F_в;
K_тр коэффициент трения пары подвижный элемент 8 направляющая 9.

Из выражения (1) следует, что при увеличении l₁ требуемая сила F_с снижается при постоянной силе F_в. Однако в реальных условиях чрезмерное увеличение плеча точки приложения силы F_с может привести к торможению подвижного элемента 8 на направляющей 9 вследствие влияния веса подвижного элемента 8 с рычагом 10 и возможного снижения силы F_в или изменения ее направления. Поэтому для каждой конкретной конструкции и режима работы устройства выбирается оптимальная величина плеча l₁, обеспечивающая надежное перемещение подвижного элемента 8 по направляющей 9 при заданной величине F_в и по возможности меньшую требуемую величину силы F_с. В общем случае сила F_с может быть приложена и в любой другой точке относительно направляющей 9, обеспечивающей перемещение подвижного элемента 8, например со стороны, противоположной точке приложения силы F_в.

Открытие вентиляционной створки 12 будет продолжаться до тех пор, пока температура в теплице не стабилизируется. При этом любое внешнее воздействие на вентиляционную створку 12 (например порыв ветра) будет создавать усилие F_в на конце рычага 10, которое эквивалентно силе F_в, действующей вдоль направляющей 9, и паре сил реакции F_рв, создающих силу трения F_тр (фиг.5). Условие, при котором сила F_в равна силе F_тр, определяется выражением
F_в (b 2•l₂•K_тр) 0. (2)
Из уравнения (2) видно, что при b 2•l₂•K_тр сила F_в равна создаваемой ей силе трения F_тр и движение подвижного элемента 8 по направляющей 9 под действием силы F_в становится невозможным. Происходит своего рода "заклинивание" подвижного элемента 8 на направляющей 9. Аналогичная картина наблюдается при l₂ > b/2•K_тр, когда F_тр > F_в.

Следовательно, любое усилие F_в на вентиляционной створке 12 в этом случае не может привести к перемещению подвижного элемента 8 по направляющей 9 и, соответственно, к повороту самой вентиляционной створки 12. В результате положение вентиляционной створки 12, заданное силовым элементом 1, сохраняется при любом внешнем воздействии на вентиляционную створку 12. Величина плеча l₂ должна в каждом конкретном случае выбираться отдельно в зависимости от конструкции элементов устройства, величины силы F_с и точки ее приложения, а также с учетом возможного снижения K_тр, например при попадании влаги в зону контакта подвижного элемента 8 с направляющей 9, и обеспечивать гарантированное "заклинивание" подвижного элемента 8 при внешнем воздействии на вентиляционную створку 12.

Открытие вентиляционной створки 12 может продолжаться до тех пор, пока подвижный элемент 8 не упрется в концевую часть направляющей 9.

При снижении температуры в теплице линейные размеры силового элемента 1 уменьшаются, рычаг 4 поворачивается на стойке 5 и перемещает подвижный элемент 8 по направляющей 9 в обратную сторону. При этом рычаг 10 воздействует на рычаг 11 и закрывает вентиляционную створку 12. После полного закрытия вентиляционной створки 12 и продолжающемся охлаждении теплицы поворот рычага 4 осуществляется в результате растяжения компенсационной пружины 6.

В закрытом положении вентиляционная створка 12 также надежно удерживается от несанкционированного открытия вследствие автоматического "заклинивания" подвижного элемента 8 на направляющей 9.

Конструкции на фиг. 2, 3 работают аналогично.

Таким образом, предлагаемая конструкция автоматического регулятора температуры в теплице позволяет при малых усилиях, развиваемых силовым элементом, а значит и при малых его габаритах и массе не только открывать и закрывать вентиляционную створку в безветренную погоду, но и обеспечивает надежную фиксацию ее положения при порывах ветра. Это позволяет более точно регулировать температуру в теплице и исключает "выветривание" тепла из теплицы при низкой внешней температуре, делает возможным применение в устройстве силовых элементов с низкой массой, что может снижать тепловую инерционность устройства.

Предлагаемый автоматический регулятор температуры в теплице может быть использован для автоматического проветривания парников и теплиц на садовых и приусадебных участках граждан, а также на сельскохозяйственных предприятиях.

Использование: изобретение относится к области создания устройств для регулирования температуры в помещениях. Сущность изобретения: в автоматическом регуляторе температуры в теплице усилие с силового элемента 1 передается на подвижный элемент 8, установленный на направляющей 9, который может перемещаться под действием усилия силового элемента 1. Подвижный элемент 8, в свою очередь, связан кинематически с вентиляционной створкой 12 теплицы на таком расстоянии, что любое усилие со стороны вентиляционной створки 12 не приводит к перемещению подвижного элемента 8 по направляющей 9 и, соответственно, к повороту вентиляционной створки 12. 5 ил.

Автоматический регулятор температуры в теплице, содержащий силовой элемент, кинематически связанный с вентиляционной створкой теплицы, отличающийся тем, что силовой элемент связан с подвижным элементом, установленным на направляющей с возможностью перемещения под действием усилия силового элемента, а подвижный элемент кинематически связан с вентиляционной створкой на расстоянии от направляющей, исключающем перемещение подвижного элемента на направляющей за счет усилия со стороны вентиляционной створки.