ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЧЕКА Российский патент 2007 года по МПК H01F7/16 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности для фиксации отдельных механизмов, в частности в космическом приборостроении, где используется как автоматически отключающийся фиксатор для различных подвижных или нежестких узлов космических аппаратов в целях предохранения их от перегрузок при выведении их на орбиту. Для этих целей в условиях ограничения по массе и энергопотребления чаще всего требуются двухступенчатые фиксаторы (чеки) с маломощной управляющей и мощной силовой ступенями.

Известно фиксирующее устройство - электрочека, предназначенная для фиксации элементов солнечной батареи в сложенном состоянии под обтекателем ракеты при запуске на орбиту и расстыковки их для раскрытия элементов солнечной батареи после выведения космического аппарата на орбиту. Такая чека была разработана НПО им. С.А.Лавочкина.

Конструкция электрочеки представлена на фиг.1 и состоит из:

1 - корпуса с болтовым креплением

2 - штока фиксатора

3 - рабочей пружины

4 - шариков фиксирующих

5 - гильзы

6 - вспомогательной пружины

7 - металлической нити

При подаче напряжения питания 27 В при силе тока не менее 3 А на металлическую нить (7), удерживающую подпружиненный шток с гильзой (5), происходит ее пережигание, в результате чего освобождается шток с заневоленной вспомогательной пружиной (6), и гильза (5) перемещается вдоль оси, освобождая фиксирующие шарики (4), которые скатываются из канавки в корпусе (1), освобождая рабочую пружину (3). Фиксирующий шток (2) выводится из гнезда, обеспечивая разъединение элементов конструкции.

Недостатком такой электромеханической чеки является ее одноразовость, т.к. управляющей ступенью является металлическая нить, которая сгорает при срабатывании и, освобождая вспомогательную пружину, обеспечивает произвольное скатывание шариков. Для приведения в исходное состояние чеки необходима замена металлической нити и установка шариков в прежнее зафиксированное положение.

Все это вызывает - особенно при неоднократной настройке, наладке и испытаниях приборов - либо установку новых фиксирующих чек, либо их переборку, что то и другое неэкономично.

Пережигание металлической нити может сопровождаться искрением и газовыделением, что вызывает невозможность применения для фиксации огнеопасных приборов или приборов, связанных с оптикой, не допускающих газовыделение.

Известны также разработанные в США американской фирмой Starsys Research активаторы для использования в космических механизмах арретирования и переключения, которые были применены в американских кораблях Mars Observer, Tiros, Polar, Geotail, SOHO и Wind.

Схематично конструкция активатора представлена на фиг.2, где

1 - латунный корпус

2 - резиновая втулка

3 - парафиновая заливка

4 - шток

5 - торцевая пластина

6 - нагреватель

Перемещение штока в корпусе (1) обеспечивается парафиновым наполнителем (3), находящимся в непосредственном контакте с цилиндрическим электрическим нагревателем (6) с большой площадью поверхности. При нагревании парафин тает, расширяется, сдавливает резиновую втулку (2), которая выдвигает шток, проходящий через герметичное уплотнение. Когда напряжение с нагревателя снимается, парафин охлаждается и сжимается, позволяя штоку втянуться вовнутрь. В любой точке, в которой достигается тепловое равновесие, активатор останавливается и держит это положение.

Механическая работа получается в результате пятнадцатипроцентного расширения при таянии твердого парафина. Полный ход достигается, когда весь парафин перейдет в жидкость. При охлаждении парафин начинает отвердевать с гистерезисом до 1,5°С. При затвердевании всего парафина активатор возвращается в прежнее положение.

К недостаткам активатора можно отнести необходимость использования специальной управляющей аппаратуры для его работы и длительность срабатывания активатора - около 200 секунд, что в тех случаях, когда требуется быстрое срабатывание, недопустимо. Кроме того, парафиновые активаторы имеют гистерезис 1,5°С, что создает "мертвую" зону. При снятии напряжения движение активатора прекращается на 1 секунду, прежде чем начнется его возврат. Такая же "мертвая" зона будет иметь место при возврате питания. В большинстве случаев для фиксации элементов конструкции положение штока активатора должно быть постоянно выдвинутым, т.е. парафин должен все время находиться в расплавленном состоянии, а значит, все время должно подаваться напряжение, что вызывает излишний расход электроэнергии.

Существуют также чеки, приводящиеся в действие при помощи пиропатрона - пирочеки, в которых после срабатывания требуется замена пиропатрона.

Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности многократного приведения чеки в рабочее состояние без замены ее элементов и разборки конструкции после срабатывания, увеличение надежности и экономичности конструкции и обеспечение безопасности при ее работе. Эта цель достигается использованием электромагнитной чеки, построенной по двухступенчатому принципу, в состав которой входят следующие детали (см. фиг.3):

1 - корпус несущий

2 - втулка несущего корпуса с сепаратором

3 - шток фиксатора

4 - рабочая пружина

5 - шарики

6 - шток якоря

7 - пружина якоря

8 - катушка электромагнита

В исходном положении 1 шток фиксатора (3) выдвинут и заперт шариками (5), упирающимися в цилиндрическую часть штока якоря (6). После срабатывания шток фиксатора переходит в положение 2. Шток фиксатора (3), рабочая пружина (4), шарики фиксатора (5) объединены в силовую, а шток якоря (6), пружина якоря (7) и катушка электромагнита (8) в управляющую ступени.

При подаче напряжения на катушку электромагнита (8) начинает срабатывать управляющая ступень и шток якоря (6) втягивается в катушку электромагнита (8), подводя под шарики (5), находящиеся в сепараторе втулки несущего корпуса (2), профильную канавку штока якоря (6). Дальше начинает срабатывать силовая ступень. Шарики (5), запирающие шток фиксатора (3), проваливаются в профильную канавку штока якоря, освобождая шток фиксатора, и он под действием рабочей пружины (4) вдвигается во внутрь корпуса несущего (1), освобождая фиксируемый предмет.

При снятии напряжения с катушки электромагнита (8) под действием пружины якоря (7) шток якоря (6) выходит из катушки (8) и шарики (5) при внешнем механическом вытягивании фиксирующего штока (3) выдавливаются профильной канавкой штока якоря (6) через сепаратор на втулке несущего корпуса (2) в их исходное положение, которое запирает фиксирующий шток и тем приводит чеку в положение 1.

Электромагнит чеки - соленоидного типа с дублированными, для большей надежности, обмотками и рабочим ходом штока якоря - 4 мм. Суммарный ток потребления двух обмоток при напряжении источника питания 27±1,5 В не более 5 А. Время срабатывания электромагнита не более 0,2 сек. Сила срабатывания электромагнита не превышает 7 Н. Все магнитопроводящие части - якорь, сердечник и корпус выполнены из электротехнической стали типа 27КХ. Обмотки намотаны проводом ПЭТВ-2-0.19ОС и имеют вакуумную пропитку, гарантирующую работоспособность при пониженном давлении до 10^-6 мм рт.ст. Усилие, развиваемое на штоке фиксатора, не менее 60 Н.

Использование электромагнита позволяет уменьшить время срабатывания и электропотребление (по сравнению с активатором), что немаловажно при использовании в космическом приборостроении. По сравнению с электрочекой, где происходит пережигание металлической нити, и пирочеками, где происходит взрыв пороха, эксплуатация электромагнитной чеки более безопасна.

Основным отличием конструкции электромагнитной чеки является то, что она позволяет после срабатывания без переборки конструкции и замены деталей снова привести ее в рабочее состояние простым вытягиванием фиксирующего штока и многократно ее использовать, что особенно целесообразно при неоднократных настройках и испытаниях приборов.

Источники информации

1. www.starsys.com Specification: MT-9007 High Output Paraffin Thermal Actuator Model EH-3525 Part#MT2004

Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано для фиксации отдельных механизмов. Техническим результатом является уменьшение времени срабатывания и электропотребления, увеличение надежности конструкции и безопасности при эксплуатации. Электромагнитная чека содержит несущий корпус с сепаратором, силовую и управляющую ступени. Силовая ступень состоит из фиксирующего штока, силовой пружины и шариков и приводится в действие управляющей ступенью, состоящей из электромагнита и подпружиненного сердечника с профильной канавкой, что дает возможность многократного приведения чеки в рабочее состояние без замены элементов и разборки конструкции после ее срабатывания. 3 ил.

Электромагнитная чека, содержащая несущий корпус, внутренняя часть которого выполнена в виде втулки с сепаратором для шариков, силовую ступень, включающую в себя подпружиненный шток фиксатора и шарики, и управляющую ступень, содержащую катушку электромагнита и подпружиненный шток якоря электромагнита, который расположен во втулке несущего корпуса и выполнен с профильной канавкой, при этом при обесточивании катушки электромагнита управляющей ступени и механическом воздействии на шток фиксатора силовой ступени профильная канавка подпружиненного штока якоря электромагнита при взаимодействии с шариками позволяет фиксировать его в исходном положении.