Способ работы мартенситного двигателя

 

Изобретение позволяет повысить надежность , снизить энергопотребление и повысить технологичность мартенситных двигателей, применяемых, например, в электрических контакторах или гидроакустических излучателях. При реализации способа нагревают термочувствительный элемент (ТЧЭ) двигателя, обладающий свойством термомеханической памяти, через диапазон температур обратного мартенситног„о превращения его материала с удержанием ТЧЭ в неподвижном состоянии до достижения значения его энтальпии, равного или большего его энтальпии в аустенитном состоянии при заданной величине рабочего усилия, и сразу после начала перемещения ТЧЭ его нагрев прекращают. На чертеже пунктирной линией 31 показана зависимость деформации д ТЧЭ от времени т без удержания ТЧЭ в неподвижном состоянии, а линией 33 - при реализации рабочего цикла в соответствии с изобретением, согласно которому отрезок 34 времени холостого нагрева ТЧЭ, удерживая последний, подбирают равным полному времени перемещения ТЧЭ без его удержания при предварительных испытаниях двигателя Одинаковая интенсивность нагрева ТЧЭ при предвлрительных испытаниях и при работе обеспечивается поддержанием одинаковой силы тока I электронагрева ТЧЭ. Таким образом, обеспечивается минимальный нагрев ТЧЭ, достаточный для его резкого и полного последующего адиабатного формовосстановления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 03 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В,30

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4457468/06 (22),08.07. 88 (46) 23.10.91. Бюл. Q 39 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) А.В.Остапенко (53) 621.486 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1343098, кл. F 03 G 7/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1533423, кл. F 03 G 7/06, 1987. (54) СПОСОБ РАБОТЫ МАРТЕНСИТНОГО

ДВ И ГАТЕЛ Я (57) Изобретение позволяет повысить надежность, снизить энергопотребление и повысить технологичность мартенситных двигателей, применяемых-, например, в электрических контакторах или гидроакустических излучателях, При реализации способа нагревают термочувствителъный элемент (ТЧЭ) двигателя, обладающий свойством термомеханической памяти, через диапазон температур обратного мартенситного поевращения его материала с удержаSU „„1686221 А1 нием ТЧЭ в неподвижном состоянии до достижения значения его энтальпии, равного или большего его энтальпии в аустенитном состоянии при заданной величине рабочего усилия, и сразу после начала перемещения

ТЧЭ его нагрев прекращают. На чертеже пунктирной линией 31 показана зависимость деформации д ТЧЭ от времени z без удержания ТЧЭ в неподвижном состоянии, а линией 33 — при реализации рабочего цикла в соответствии с изобретением, согласно которому отрезок 34 времени холостого нагрева ТЧЭ, удерживая последний, подбирают равным полному времени перемещения

ТЧЭ без его удержания.при предварительных испытаниях двигателя. Одинаковая интенсивность нагрева ТЧЭ при предварительных испытаниях и при работе обеспечивается поддержанием одинаковой силы тока l электронагрева ТЧЭ. Таким образом, обеспечивается минимальный нагрев ТЧЭ, достаточный для его резкого и полного последующего адиабатного формовосстановления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

168(! 1

Изобретение относится K машиностроени)о и приборостроению, а именно к способам работы мартенситных двигателей с термочувствитепьными элементами иэ материала, проявпя ошего =-ффект термомеханической памяти формы, и может быть использовано для оптимизации рабочего цикла мартенситных двигателей например. электрических контакторов или гидроакустических излучателей.

Цель изобретения — повышение надежности и снижение энергопотребления, а также повышение технологичности.

На фиг.1 представлен мартенситный двигатель, продольный разрез; на фиг.2— диаграмма рабочего цикла мартенситногс двигателя с проволочным термочувствительным элементом из никелида титана диаметром 0,5 мм в координатах относигельное удлинение !; эп<-:мент» — напряже ия (х в элементе; на фиг.3 — зависимость перемещения д звена нагрузки мартенситного двигателя и силы тока I нагрева ого термочувствительного элемента от времени

t нагрева без удержания звена нагрузки в неподвижном состоянии; на фиг.4-- зависимость перемещения д звена нагрузки мартенситного двигателя и силы тока ) нагрева его термочувствительного элемента от Времени т нагрева при удержании звена нагрузки в неподвижном состоянии до момента достижения значения знтапьпии элемента, меньшего его энтальпии в аустанитном состоянии; на фиг,5 — зависимость перемещения д звена нагрузки мартенситнаго дг.игателя и силы гока I нагрева oro термо )увствительного элемента от времени т нагрева при удзржании звена нагрузки в неподвижном состоянии до момен га достижения значения энтальпии элемента, равного его энтальпии в аустенитном состоянии.

Мартенситный двигатель {фиг.1) содержит корпус 1, термочувствитепьный элемент 2, концы которого закреплены на токоподводящих клеммах 3, токоизолированных от корпуса 1, крышку 4 корпуса 1, шток 5, возвратную пружину 6. На штоке 5 выполнены упоры в виде канавки 7 и проточки 8. С канавкой 7 взаимодействует стопор в виде подпружиненных роликов 9, В крышке 4 установлена в;-улка 10 с ввинченной в нее гайкой 11. Ролики 9 размещены в отверстиях втулки 10, В гайке 11 закреплен ьыкпючатель 12. На корпусе l установлены токоизолированные от последнего ролики

13. Для умень пения осе.зого габарита двигателя при сохранении величины хода штоKз 5 TерMочуooTL, ïeïüHblé элемент 2

50 ч5 выполнен в виде симметричных относительно штока 5 петель, которыми охвачены ролики 13.

На фиг,2 -5 представлены следующие точки и графики, характеризующие способы работы мартонситных двигателей. Линией

14 показан процесс деформации элемен1а 2 в аустенитном состоянии, а линией 15 — в мартенситном состоянии. Линиями 16 обозначены процессы деформации элемента 2 в промежуточных между аустенитным и мартенситным состояниях, каждое из которых соответствует определенному значению энтальпии элемента 2, указанному в верхней части диаграммы на фиг.2 цифрами {в

Дж/кг), Линией 17 показаны напряжения, наводимые в элементе 2 пружиной 6, а линией 18 — внешней нагрузкой и силами трения. Линия 19 характеризует изохорный процесс увепичníèÿ напряжений cJ в элементе 2 при его нагреве и удержании звена нагрузки {не показано) 3 неподвижном состоянии. Точки 20-22 соответствуют страгиванию штока 5 при различных напряжениях о, развиваемых элементом 2 в зависимости от энтальпии последнего. Линии 23-25 соответствуют адиабатным процессам работы элемента 2 при различных значениях его знтальпии, Точка 26 соответствует выравниванию усилий эпе и.чта 2 и суммарного усилия внешней нагрузки и трения, Точка 27

cooTBpòñòâóåT останогке элемента 2 и его максимальному пере )ещению по инерции после выравнивания в точке 26 развиваемого им усилия и суммарного усилия внешней нагрузки и трения, Точка 28 соответствует последующему выравниванию усилия элемента 2 и суммарного усилия внешней нагрузки и трения. Точки 29 и 30 соответствуют достижению аустенитного состояния элемента 2 при его последующем нагреве до различных значений его энтальпии. Линия 31 представляет собой график перемещения звена нагрузки vo времени при нагреве элемента 2 без его удержания в неподвижном состоянии, линия 32 — то же с удержанием элемента 2 в неподвижноМ согтопнии до значения его энтапьпии, меньшего его пнтальпии в аустенитном состоянии, а пиния 33 — ",î же с удержанием элемента 2 в неподвижном состоянии до значения его энтальпии. большего или равного его энтальпии в аустенитном состоянии. Отрезок 34 соответствует времени холостого нагрева элемента 2, отрезок 35— времени его рабочего перемещения, отрезок 36 — полному времени цикла, отрезок 37 — времени скоростного перемещения элемента 2, отрезок 38 — времени инерционной

16ттб)21 двигателя. зн

При предварительных испытаниях двигателя (фиг.З) удаляют ролики 9 и осуществ- ии паузы, а отрезок 39 — времени последующего медленного перемещения элемента 2.

Линия 40 представляет собой график силы электрического тока разогрева элемента 2, При сборке двигателя ролики 9 удаляют и вращением гайки 11 добиваются такого положения выключателя 12, при котором шток 5 в крайнем положении, соответствующем деформации элемента 2 в мартенситном состоянии, воздействует на него. При этом нормально разомкнутый выключатель

12 замкнут. Однако с началом движения штока 5 выключатель 12 освобождается от его воздействия и размыкает цепь нагрева элемента 2. После выбора указанного положения гайку 11 фиксируют, например производят накернивание по резьбе или заливают ее эпоксидной смолой. После сборки двигателя его соединяют с звеном нагрузки и подключают через выключатель

12 к внешему источнику электрического тока (не показан).

При реализации предлагаемого способа двигатель рабо гает следующим образом.

Термочувствительный элемент 2, обладающий свойством термомеханической памяти формы, нагревают через диапазон обратного мартенситного превращения его материала пропусканием через него электрического тока при замкнутом выключателе

12, При этом элемент 2 и связанное с ним звено нагрузки удерживают в неподвижном состоянии стопорными роликами 9, взаимодействующими с канавкой 7 штока 5, для накопления энергии элемента 2 и увеличения развиваемого им усилия до заданной величины, необходимой для его резкого срабатывания. Элемент 2 удерживают до момента достижения значения его энтальпии, равного или большего его энтальпии в аустенитном состоянии при заданной величине рабочего усилия. После достижения в процессе нагрева элемента 2 заданной величины его рабочего усилия происходит отстопоривание роликов 9, которые выходят из канавки 7 штока 5, и последний, начиная перемещаться, приводит в движение звено нагрузки и размыкает выключатель 12, прекращая тем самым нагрев элемента 2. При этом время достиженияя значения знтальпии элемента 2, соответствующего его аустенитному состоянию, определяют полным временем перемещения звена нагрузки без удержания элемента 2 (отрезок 36 времени на фиг.3), замеренным при предварительных испытаниях двигателя с той же интенсивностью нагрева, что и при работе

55 ляют холост JA нагрев элемента 2 в ел . и:е отрезка 34 гоемени до температуры на,ала обратного мартенситного превращения при нагрузке, соответствующей линии 18{фиг,7).

После этого происходит перемещение штока 5 в течение отрезка 35 времени рабочего перемещения. На фиг.2 цикл двигателя при его предварительных испытаниях характеризуется повышением реактивного усилия от линии 17 до линии 18 и движением по линии 18 до точки 29. Отрезок 36 полного времени цикла соответствует повышению энтальпии элемента 2 до уровня, соответствуюгцего его аустенитному состоянию при данном нагружении и определяется уровнем подводимой удельной мощности. В дальнейшем устанавливают подпружиненные стопорйые ролики 9.

Рассмотрим случай, когда поджатия роликов 9 недостаточно для быстрого перемещения штока 5 во всем диапазоне перемещения за счет уменьшения деформации, при снижении уровня нагрузки и одинаковом теплосодержании (фиг.4).

При установке поджатых роликов 9 с началом нагрева в диапазоне температур обратного мартенситного превращения начинается изохорный процесс генерирования реактив. ых усилий вдоль линии 19 (фиг,". и 4), Предположим, в точке 20 произошло огстопоривание штока 5 и началось его движение. В начальный момент движения усилие в элементе 2 соответствовало то ке 20. Однако пружина 6, силы трения и внешняя нагрузка наводили в элементе 2 значительно более низкий уровень усилий сопротивления (линия 18), Выравнивание усилий происходит за счет возврата деформации (вдоль линии 23 от точки 20 до точки

26), после че о шток 5 по инерции продолжает движение еще некоторое время (линия:

23 от точки 26 до точки 27) и останавливается (точка 27). Дальнейшее развитие цикла определяется тем, осуществляется ли подвод тепла к элементу 2 или нет.

Если теплоподвода нет, перемещение штока 5 заканчивается в точке 27. Если теплоподвод есть (энтальпия элемента 2 продолжает повышаться), шток 5 стоит неподвижно в течение отрезка 38 времени инерционной паузы, и знтальпия элемента

2 повышается до уровня, соответствующего выравниванию внешних усилий с усилиями в элементе 2, т.е, до точки 28. После этого движение штока 5 продолжается по линии

31 (фиг.3) с медленной скоростью, Нетруднб видеть, что такой режим работы нельзя приать удовлетворительным, Кроме того, из приведенных рассуждей видно, что для успешной реализации

1606221

1686221

МПй о/ ФОГ 2

Составитель Л.Тугарев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор Е.Папп

Заказ 3587 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101