ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРИВОД СИЛОВОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2000 года по МПК E05F15/20 B60J7/06 

Изобретение относится к элементам управления приводных механизмов и может быть использовано в различных приводных механизмах, например в устройствах раздвижных дверей, люков, затворов и т.п., применяемых в различных отраслях народного хозяйства, а также на подводных лодках.

Как известно приводные механизмы, как правило, представляют собой пневматические или электромеханические устройства, содержащие пневмоцилиндры или редукторы и систему рычажных передач. См., например, книгу "Электропоезд ЭР2. " Под редакцией И.К. Петушкова, изд. М. Транспорт, 1971 г., с.6, 7 рис. 2 и с. 9 рис. 4. Это устройство содержит пневматические цилиндры, штоки которых кинематически, системой рычажных механизмов, связаны со створками дверей и которые управляются электропневматическими вентилями из кабины машиниста.

Такое устройство привода имеет следующие недостатки:
1. Конструктивно сложно, поскольку включает в себя целый ряд вспомогательных пневмоустройств, воздухораспределителей, магистральный воздуховод, различные воздушные резервуары, соединительные трубы и пр.

2. Пневмосистема для своего размещения требует много места и требует значительных материальных затрат при ее обслуживании в эксплуатации.

3. Ненадежна из-за наличия множества сальников, прокладок, поршней, уплотнений и т.д.

В качестве простых и более надежных приводов силового элемента существует электротермический привод, например, описанный в патенте RU 2114268 от 27.06.98, "Электротермический привод для раздвижных дверей наземного транспорта.", выбранный за прототип.

Согласно прототипу электротермический привод содержит металлический корпус, в котором установлен силовой элемент, выполненный в виде изогнутой ленты из материала с обратимой термической памятью формы. Положительный эффект этого технического решения по сравнению с аналогом достигается тем, что перемещение подвижного силового элемента в управляемом повторно- кратковременном режиме осуществляется нагревом изогнутой ленты из материала с обратимой термической памятью, а охлаждение - за счет окружающей среды.

Недостатком прототипа является большое время паузы (во много раз большее, чем время работы). Это связано с тем, что охлаждение силового привода за счет окружающей среды осуществляется, во- первых, неуправляемо и долго, и, во-вторых, время обратного хода не определено, т.к. температура окружающей среды может находиться в довольно широких пределах, зависящих от времени года и условий эксплуатации.

Таким образом, задачей нового технического решения является создание надежного регулируемого электротермического привода, обеспечивающего регулируемый повторно-кратковременный режим в заданном промежутке времени, соизмеримом со временем работы.

Поставленная задача решается созданием конструкции электротермического привода, у которого охлаждение силового элемента осуществлялось бы не за счет окружающей среды, а за счет более эффективного охлаждения.

Суть изобретения заключается в том, что в электротермическом приводе силового элемента, содержащем металлический корпус, в котором установлен силовой элемент, выполненный в виде изогнутой ленты из материала с обратимой памятью формы, один конец которого жестко укреплен в торце корпуса, а другой в подвижном элементе в контакте со штоком, установлены термоэлектрические модули, которые установлены внутри металлического корпуса, между корпусом и силовым элементом с тепловым контактом с ним, оба электрических вывода термоэлектрического модуля подсоединены через переключатели к источнику постоянного тока.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве нагревательного элемента используются термоэлектрические модули и охлаждение силового элемента осуществляется за счет реверсирования электрического тока, подаваемого на термоэлектрические модули.

К технико-экономическим преимуществам предлагаемого технического решения относятся:
- частота нагрева и охлаждения (примерно 1Гц) силового элемента, а следовательно, и скорость изменения формы регулируются, что повышает надежность и не ведет к форсированному износу;
- устройство развивает значительные усилия и обеспечивает большое перемещение подвижного элемента со штоком при работе;
- при работе отсутствуют резкие знакопеременные нагрузки силового элемента, что увеличивает срок службы устройства;
- устройство легко и просто управляется и обслуживается при эксплуатации;
- устройство надежно защищено от попадания электрического потенциала на корпус и шток.

На фиг. 1 показан электротермический привод в продольном сечении;
На фиг. 2 представлено сечение А-А.

Предлагаемый электротермический привод содержит металлический корпус 1, к примеру, прямоугольный в поперечном сечении, выполненный из листовой стали, причем на внутренних боковых стенках корпуса установлены термоэлектрические модули 8. Внутри корпуса 1 установлен силовой элемент 3, выполненный в виде изогнутой ленты из материала с обратимой термической памятью формы, один конец которого укреплен жестко в торце корпуса, а другой - в подвижном элементе 5 в контакте со штоком 6 и пружиной 7. Оба электрических вывода 2 из термоэлектрических модулей 8 подсоединены через переключатель 9 к источнику постоянного тока 10, опорный элемент 4 - для пружины, 11 - термомосты.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент устройство находится в отключенном положении и силовой элемент 3 имеет температуру окружающей среды, т.е. условно является "холодным". При необходимости оператор на пульте переключателем 9 замыкает в соответствующей полярности электрическую цепь устройства и электрический ток через выводы 2 пойдет на термоэлектрические модули 8, при этом стенка термоэлектрического модуля, обеспечивающая тепловой контакт с силовым элементом 3, будет нагреваться, а стенка, контактирующая с корпусом 1, будет охлаждаться. Достигнув определенной величины повышения температуры, заключенной в термическую память силового элемента 3, лента примет растянутую форму. При этом длина силового элемента 3 в нагретом состоянии, будет намного больше первоначальной длины в "холодном" состоянии. В результате этого подвижный элемент 5 со штоком 6 переместится вправо и произойдет открывание (например, люка, двери, задвижки и т.п.).

После окончания необходимых операций оператор переключателем 9 проводит реверсирование (т. е. изменение направления прохождения тока, протекающего через термоэлектрический модуль), при этом стенка термоэлектрического модуля 8, обеспечивающего тепловой контакт с силовым элементом 3, будет охлаждаться, а стенка, контактирующая с корпусом, будет нагреваться. Силовой элемент 3 остывает и, достигнув заложенной в термическую память формы температуры, возвращается в первоначальное исходное положение, и подвижной элемент 5 со штоком 6 возвращается в исходное положение, закрывая объект, с которым связан шток (люк, двери, задвижки).

Предлагаемый привод может успешно, без существенных изменений конструкции (раздвижных дверей, люков, затворов и т.д.) различных объектов, заменить дорогие и громоздкие пневмосистемы или сложные механические электроприводы.

Таким образом, решается поставленная задача по созданию надежного регулируемого электротермического привода, обеспечивающего регулируемый повторно-кратковременный режим в заданном промежутке времени, соизмеримом со временем работы приводного механизма.

Изобретение относится к элементам управления приводных механизмов и может быть использовано в различных приводных механизмах, например в устройствах раздвижных дверей, люков, затворов и т.п., применяемых в различных отраслях народного хозяйства, а также на подводных лодках. Электротермический привод силового элемента содержит металлический корпус, в котором установлен силовой элемент, выполненный в виде изогнутой ленты из материала с обратимой термической памятью формы, один конец которого укреплен жестко в торце корпуса, а другой - в подвижном элементе в контакте со штоком. Внутри металлического корпуса, между корпусом и силовым элементом с тепловым контактом с ним установлены термоэлектрические модули, оба электрических вывода которых подсоединены через переключатели к источнику постоянного тока. Данный электротермический привод обеспечивает регулируемый повторно-кратковременный режим в заданном промежутке времени, соизмеримом со временем работы приводного механизма. 2 ил.

Электротермический привод силового элемента, содержащий металлический корпус, в котором установлен силовой элемент, выполненный в виде изогнутой ленты из материала с обратимой термической памятью формы, один конец которого укреплен жестко в торце корпуса, а другой - в подвижном элементе в контакте со штоком, отличающийся тем, что внутри металлического корпуса, между корпусом и силовым элементом с тепловым контактом с ним установлены термоэлектрические модули, оба электрических вывода которых подсоединены через переключатели к источнику постоянного тока.