Электротермический привод для раздвижных дверей наземного транспорта

 

Электротермический привод для раздвижных дверей может быть использован в качестве привода и в других устройствах. Привод содержит прямоугольный в сечении корпус с двойными стенками: наружными - из металла и внутренними - из твердого термостойкого изоляционного материала и с продольными направляющими пазами. На верхней и нижней стенках корпуса выполнены сквозные отверстия для охлаждения и смазки. Внутри корпуса установлен силовой элемент, который представляет собой сдвоенную ленту из материала с обратимой термической памятью формы, которая изогнута волнообразно по длине и содержит множество симметричных волн. Между внутренними сторонами ленты установлена прокладка из термостойкого изоляционного материала, а на пересечении вертикальных участков ленты с ее продольной горизонтальной осью на ленте установлены направляющие элементы, которые своими цапфами входят в направляющие пазы. Внутри корпуса содержится подвижный элемент со штоком. Свободный конец штока выходит наружу корпуса и через проушину шарнирно крепится к раздвижным дверям. С противоположной стороны подвижного элемента установлена петля, образованная сдвоенной лентой с прокладкой, а противоположные концы которой образуют выводы для присоединения к электроцепи. При работе электроцепь замыкается, силовой элемент нагревается и принимает растянутую зигзагообразную форму. Направляющие перемещаются вместе с лентой, сохраняя продольную устойчивость ленты от прогиба и смещения от центра устройства. Подвижный элемент со штоком перемещается вправо, открывая двери подвижного средства на время остановки. После окончания остановки отключается электропитание и силовой элемент охлаждается до пониженной температуры, также заложенной в память формы, и возвращается в исходное ("холодное") положение, при этом шток, перемещаясь влево, закрывает выдвижные двери. Применение электротермического привода для раздвижных дверей наземного транспорта дает значительный технический и экономический эффект. 6 ил.

Изобретение относится к элементам наземного транспорта, а именно к электротермическому приводу для автоматического открывания и закрывания раздвижных дверей наземного транспорта, хотя может быть использовано в качестве привода и в других устройствах.

Как известно, наземный транспорт, такой, к примеру, как электропоезда, поезда метро, троллейбусы, автобусы, содержат автоматические раздвижные двери для обеспечения входа и выхода пассажиров.

Автоматические раздвижные двери указанных видов наземного транспорта по своей конструкции бывают: задвижные с внутренней подвеской; створчатые; поворотно-раздвижные; задвижные с наружной подвеской.

Приводные механизмы, указанных раздвижных дверей, как привило, представляют собой пневматические или электромеханические устройства, содержащие пневмоцилиндры или редукторы и систему рычажных передач.

К известным аналогам можно отнести, к примеру, наружные раздвижные двери вагонов электропоездов ЭР2 (см. книгу: Электропоезд ЭР2. /Под ред. И.К.Петушкова, изд. - М.: Транспорт, 1971, с.6...7, рис. 2 и с. 9, рис. 4), которые являются по сути двухстворчатыми задвижными дверьми с внутренней подвеской, т.е. каждая из створок дверей подвешена на рейке с помощью кронштейнов, которая, опираясь на два ряда шариков, заложенных в сепаратор), перемещается в швеллерообразном рельсе.

Над этими раздвижными дверьми установлены два пневматических цилиндра, штоки которых кинематически связаны со створками дверей и которые управляются электропневматическими вентилями из кабины машиниста.

Подача сжатого воздуха в переднюю или заднюю полость пневмоцилиндра таким образом закрывает или открывает двери.

Такое устройство привода имеет следующие недостатки: а) сложно по конструкции, поскольку включает в себя целый комплекс вспомогательных пневмоустройств: воздухораспределители, магистральный воздухопровод, различные воздушные резервуары, соединительные трубы и пр.; б) для работы необходимо наличие сжатого воздуха, т.е. в конечном счете наличие компрессора, привода к нему и др.; в) наличие в пневмосистеме многих и сложных в эксплуатации элементов: различных патрубок, сальников, прокладок, поршней, уплотнений и др., что значительно снижает надежность всей системы; г) пневмосистема для своего размещения требует много места и требует значительных материальных затрат при ее обслуживании в эксплуатации.

К известным аналогам относятся и ширмовые двери на трамвайных вагонах РВЗ-6М2 и ЛМ-68М, где эти двери имеют также пневматический привод (см. Иванов М. Д. и др. Устройство и эксплуатация трамвая. -М.: Высшая школа, 1985, с. 57, рис. 42; с. 59, рис. 43; с. 74, рис. 56) и являются четырехстворчатыми, где две створки соединены между собой шарнирно и представляют половину двери. Каждая половина двери с помощью верхней и нижней цапф установлена в гнездах, прикрепленных кронштейнами к каркасу кузова. Для открывания и закрывания этих дверей используются двухступенчатые пневматические цилиндры сложной конструкции.

К недостаткам привода таких дверей относятся те же известные (описанные выше) недостатки по пунктам (а) - (г) и, кроме того, (д) дверные пневматические цилиндры являются двухступенчатыми и весьма сложной конструкции.

К известным аналогам относятся и задвижные двери наружной подвески (см. книгу: Устройство и эксплуатация трамвая, с. 53, абз. 2 и с. 69. рис. 2) с электроприводом и роторно-цепной передачей, которые устанавливаются, к примеру, на трамвайных вагонах КТМ-5М3.

Такие двери наружной подвески управляются с помощью электропривода, который содержит электродвигатель и двухступенчатый червячно-цилиндрический редуктор с фрикционной муфтой, кинематически связанной цепной передачей с дверью.

К недостаткам привода такого устройства относятся: е) необходимость наличия автономного электродвигателя для каждых дверей с редукторно-цепной передачей к нему; ж) наличие привода для каждой двери вагона является дорогим устройством и экономически невыгодным.

К известным аналогам также относится привод ширмовых дверей, которыми оборудованы трамвайные вагоны Т - 3 (см. книгу: Устройство и эксплуатация трамвая, с. 6, рис. 1 и с.53, рис. 39), где привод дверей вагона состоит из электродвигателя и двухступенчатого червячно-цилиндрического редуктора, которые закреплены на общем поддоне (основании) и через двуплечий рычаг, установленный на оси редуктора, при помощи тяг соединяется кинематически с рычагами створок дверей и управляет ими. Редуктор содержит фрикционную муфту (с усилием 150 H, т.е. 15 кгс), что предохраняет двигатель от повреждений при попадании какого-либо предмета между створками дверей и позволяет при необходимости открыть двери вручную.

К недостаткам привода этого устройства относятся вышеперечисленные недостатки по пунктам: е), ж).

Из вышеприведенных аналогов приводов раздвижных дверей очевидно, что известные приводы имеют существенные и органические недостатки и представляют собой или только пневматические приводы, или электромеханические.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электротермический привод для раздвижных дверей наземного транспорта по патенту США 4706330, кл. E 05 F 15/20, 1987, содержащий прочный корпус, в котором установлен силовой элемент из материала с обратимой термической памятью формы, один конец которого укреплен жестко в торце корпуса, а другой - в подвижном элементе со штоком.

Описанное устройство имеет следующие недостатки: з) при жесткой заделке концов ленты в местах ее крепления лента имеет в этом месте резкие перегибы формы, которые при работе в моменты выгибания и "выворачивания" ленты в обратную сторону не выдерживают изгибающих нагрузок и разрушаются прежде всего в этих местах; и) частота нагрева и охлаждения (примерно 1 Гц) силового элемента, а следовательно, и скорость изменения формы ее самопроизвольно и не поддается регулированию, что также ведет к форсированному износу.

Задачей изобретения является создание электротермического привода для раздвижных дверей наземного транспорта (в дальнейшем: электротермический привод), свободного от вышеперечисленных недостатков известных аналогов (см. пункты (а) - (и)).

Задача решается тем, что предлагаемое устройство содержит прочный корпус, который выполнен прямоугольным в поперечном сечении и имеет двойные стенки: внутренние - из твердого термостойкого изоляционного материала, причем с продольными направляющими пазами прямоугольного сечения по средней линии на внутренней стороне боковых стенок, а снаружи корпус выполнен металлическим и имеет на верхней и нижней стенках сквозные отверстия для вентиляции и смазки, в корпусе установлен силовой элемент из материала с обратимой термической памятью формы, который выполнен в виде сдвоенной (бифилярной) ленты с тонкой промежуточной прокладкой из гибкого термостойкого изоляционного материала, одинаково и согласованно изогнутой волнообразно по всей длине, и содержит множество (к примеру, три и более) симметричных относительно продольной горизонтальной оси волн, а на пересечении вертикальных прямолинейных участков ленты с ее продольной горизонтальной осью на ленте установлены направляющие элементы, которые своими цилиндрическими цапфами входят в прямоугольные направляющие пазы боковых стенок, при этом нагревательным элементом является сама лента, торцовые свободные концы которой выведены из корпуса наружу для присоединения к источнику электрического тока. Силовой элемент охлаждается при работе за счет конвекции воздуха или принудительного его подвода.

Новизна изобретения состоит в том, что в качестве силового элемента применен двойной (бифилярный) элемент из материала с обратимой термической памятью формы в виде волнообразно и симметрично изогнутой ленты с тонкой промежуточной прокладкой из гибкого термостойкого изоляционного материала между внутренними сторонами.

На пересечении вертикальных прямолинейных участков ленты с ее продольной горизонтальной осью на ленте установлены направляющие элементы из диэлектрического материала, которые входят своими цилиндрическими или роликовыми цапфами в прямоугольные пазы боковых стенок корпуса и способствуют устойчивости силового элемента в работе.

Нагревательным элементом является сама сдвоенная (бифилярная) лента силового элемента, торцовые свободные концы которой выведены из корпуса и жестко закреплены в нем для присоединения к источнику электрического тока и образуют таким образом более надежные разборные неподвижные контакты.

Прочный корпус устройства выполнен двойным: изнутри - из твердого термостойкого изоляционного материала, а снаружи - металлическим, со сквозными отверстиями для охлаждения и смазки.

Таким образом, благодаря использованию силового элемента в виде волнообразно и симметрично изогнутой двойной (бифилярной) ленты с изоляционной прокладкой в середине и наличию подвижных направляющих элементов, двойного прочного корпуса: изоляционного внутри и металлического снаружи, отсутствию специального нагревающего элемента, отсутствию резких перегибов в форме ленты силового элемента и знакопеременных механических нагрузок и "выворачиванию" ленты на другую сторону при работе, а также коротковременному включению на нагрев силового элемента оператором (или управляющим устройством) только на время работы (открывание дверей) появляются новые свойства, такие как простота конструкции, надежность, долговечность, компактность, удобство в эксплуатации и низкая стоимость.

К технико-экономическим преимуществам предлагаемого технического решения относятся: н) устройство развивает значительные усилия и обеспечивает большое перемещение подвижного элемента со штоком при работе;
о) при работе отсутствуют знакопеременные нагрузки силового элемента, что увеличивает срок службы устройства;
п) устройство работает в управляемом повторно-кратковременном режиме, причем время паузы во много раз больше, чем время работы;
р) отсутствие специального нагревательного элемента значительно упрощает конструкцию;
с) силовой элемент имеет плавные, скругленные и симметричные формы, что исключает возникновение значительных напряжений;
т) устройство легко и просто управляется и обслуживается при эксплуатации;
у) силовой элемент содержит направляющие элементы, которые обеспечивают устойчивость ленты от прогиба при ее работе;
ф) устройство надежно защищено от попадания электрического потенциала на корпус и шток;
х) неподвижные разборные контакты (сбалчиваемые) более надежны, чем известные, коммутирующие электроконтакты;
ц) устройство весьма просто по конструкции, надежно, дешево и компактно.

На фиг. 1 показан электротермический привод в продольном сечении, в отключенном ("холодном") положении;
на фиг. 2 - то же, вид сверху, в отключенном ("холодном") положении;
на фиг. 3 - вид А на фиг. 1;
на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1;
на фиг. 5 - вид В на фиг. 1;
на фиг. 6 - электротермический привод в продольном сечении, во включенном ("нагретом") положении.

На чертежах обозначены:
P - направление усилий и хода подвижного элемента со штоком;
l - длина силового элемента в отключенном ("холодном") положении;
L - длина силового элемента во включенном ("нагретом") положении;
b - расстояние между вертикальными прямолинейными параллельными участками силового элемента в отключенном ("холодном") положении;
α - угол между прямолинейными участками силового элемента при нагреве;
R - наружный радиус изгиба силового элемента;
r - внутренний радиус изгиба силового элемента.

Предлагаемый электротермический привод (см. фиг. 1 - 6) содержит прочный корпус 1, к примеру, прямоугольный в поперечном сечении, выполненный с двойными стенками, поскольку состоит из наружного корпуса 2, выполненного из металла, к примеру из конструкционной листовой стали, и из внутреннего корпуса 3, плотно установленного в наружном корпусе 2 и выполненного из твердого термостойкого изоляционного материала (к примеру, из слоистого пластика марки СТ-1 или марки КАСТ - В, или отпрессован из пластмассы марки АГ-4С и др.), причем на внутренних боковых стенках корпуса 3, по средней линии их, выполнены продольные направляющие пазы 4 прямоугольного сечения.

С левого торца корпус 1 содержит прямоугольную торцовую стенку 5, а справа - торцевую стенку 6, которые выполнены из того же материала, что и внутренний корпус 3.

Внутри корпуса 1 установлен силовой элемент 7, который представляет собой сдвоенную (бифилярную) ленту 8, выполненную из материала с обратимой термической памятью формы (к примеру, из титано-никелевого сплава NiTi), которая многократно, одинаково и согласованно изогнута волнообразно по всей своей длине и содержит множество (к примеру, три и более) симметричных относительно продольной оси устройства волн. Количество "волн" определяется требованием конкретной конструкции.

Между внутренними сторонами сдвоенной (бифилярной) ленты 8 установлена тонкая и гибкая промежуточная прокладка 9 из термостойкого материала (к примеру, из полихлорвинила прокладочного или др.).

В исходном ("холодном") положении (см. фиг. 1) силовой элемент 7 находится как бы в "сжатом" состоянии, т.е. его вертикальные прямолинейные участки (между участками с радиусами скруглений: внутренними - r и внешними - R) ленты 8 параллельны друг другу.

На пересечении вертикальных прямолинейных участков ленты 8 с ее продольной горизонтальной осью, на ленте 8 силового элемента 7 установлены направляющие элементы 10 (к примеру, с помощью заклепок 11), которые выполнены из термостойкого диэлектрического материала и входят своими цилиндрическими цапфами 12 (цапфы могут быть выполнены в виде цилиндров или роликов) в продольные направляющие пазы 4 боковых стенок корпуса 3 (см. фиг. 1, 4 и 6).

Между торцовыми стенками 5 и 6 внутри корпуса 1 содержится прямоугольный подвижный элемент 13 со штоком 14, установленным на нем с помощью фланцевой втулки 15 и крепящего элемента 16 (к примеру, винта или болта, с выступающей головкой или "впотай"). Противоположный конец штока 14 через торцовую стенку 6 и направляющую фланцевую втулку 17 выходит наружу корпуса 1 и через, к примеру, проушину 26 шарнирно присоединяется к управляемым дверям (не показаны).

С противоположной штоку 14 стороны в подвижном элементе 13 установлены петля 18, образованная сдвоенной лентой 8 с прокладкой 9 и закрепленная с помощью цилиндрического пальца 19, а противоположный сдвоенный торцовый конец ленты 8 укреплен жестко по центру торцовой стенки 5 с помощью крепящих элементов 16 и выступающие наружные свободные концы ленты 8 образуют выводы 20 для присоединения источника электрического питания, так как силовой элемент 7, выполненный, к примеру, из титано-никелевого сплава в виде сдвоенной (бифилярной) ленты 8, одновременно является и нагревательным элементом, поскольку обладает большим омическим сопротивлением (близким к нихрому).

Корпус 1 совместно с наружным корпусом 2 и внутренним 3 жестко связан в единое целое крепящими элементами 16 с торцовыми стенками 5 и 6 и имеет на своей верхней и нижней стенках многочисленные сквозные отверстия 21, расположенные в "шахматном" порядке, для естественного охлаждения силового элемента 7 при работе, за счет конвекции или для принудительного подвода охлаждающего воздуха, а также для смазки.

Между подвижным элементом 13 и торцовой стенкой 6 на шток 14 надеты демпфирующие элементы, к примеру шайбы 22 (резиновые, кожаные или др.). При необходимости (к примеру, для ускорения возвращения в исходное положение силового элемента 7) возможна установка возвратной пружины 25.

Корпус 2 снизу содержит жестко установленные (к примеру, приваренные) опорные втулки 23 с планками 24 для крепления устройства, к примеру, к стенке или полу транспортного средства.

При работе (см. фиг. 1 и 6) в начальный момент устройство находится в отключенном положении и силовой элемент 7 имеет температуру окружающей среды, т.е. условно является "холодным".

На остановке водитель транспортного средства на пульте выключателем 27 замыкает электрическую цепь устройства и электрический ток через выводы 20 пойдет через ленту 8 силового элемента 7 и нагреет ее. Достигнув определенной величины повышения температуры, заложенной в термическую память силового элемента 7, лента 8 примет растянутую зигзагообразную форму с образованием между ее прямолинейными участками углов α (см. фиг. 6), при этом направляющие элементы 10 переместятся также вместе с лентой 8, скользя своими цапфами 12 в продольных направляющих пазах 4 боковых стенок 3 корпуса 1 и сохраняя продольную устойчивость ленты 8 от прогиба и смещения ее при движении от центра устройства.

При этом длина силового элемента 7 в нагретом состоянии, равная L, будет много больше его первоначальной длины в "холодном" состоянии, равной l, т.е. L >> l.

В результате этого подвижный элемент 13 со штоком 14 переместится вправо (по стрелке P) до упора с демпфирующими шайбами 22 и произойдет открывание выдвижных дверей наземного транспорта (см. фиг. 6).

После окончания остановки транспортного средства водитель выключателем 27 отключает электропитание силового элемента 7, последний остывает и, достигая пониженной величины температуры, также заложенной в термическую память формы, возвращается в первоначальное исходное положение и шток 14 с проушиной 26 закрывает выдвижные двери (см. фиг. 1).

Наиболее рационально использовать предлагаемое устройство в качестве электротермического привода для выдвижных дверей наземного транспорта, поскольку такое устройство компактно, легко управляется дистанционно и развивает необходимые усилия (для открывания и закрывания раздвижных дверей необходимо всего 150 - 200 H, т.е. 15 - 20 кгс), поэтому предлагаемый привод может успешно, без существенных изменений конструкции раздвижных дверей, заменить дорогие и громоздкие пневмосистемы или сложные механические электроприводы.

Формула изобретения

Электротермический привод для раздвижных дверей наземного транспорта, содержащий прочный корпус, в котором установлен силовой элемент из материала с обратимой термической памятью формы, один конец которого укреплен жестко в торце корпуса, а другой - в подвижном элементе со штоком, отличающийся тем, что корпус выполнен прямоугольным в поперечном сечении и содержит двойные стенки: внутренние - из твердого термостойкого изоляционного материала, причем с продольными направляющими пазами прямоугольного сечения по средней линии на внутренней стороне боковых стенок, а снаружи корпус выполнен металлическим и имеет на верхней и нижней стенках сквозные отверстия для охлаждения и смазки, причем указанный силовой элемент выполнен в виде сдвоенной ленты с тонкой промежуточной прокладкой из гибкого термостойкого изоляционного материала между внутренними сторонами сдвоенной ленты, которая многократно, одинаково и согласованно изогнута волнообразно по своей длине и содержит множество, например три и более, симметричных относительно продольной горизонтальной оси волн, а на пересечении вертикальных прямолинейных участков ленты с ее продольной горизонтальной осью на ленте установлены направляющие подвижные элементы из термостойкого диэлектрического материала, которые входят своими цилиндрическими или роликовыми цапфами в прямоугольные направляющие пазы боковых стенок корпуса, при этом нагревательным элементом является сама лента, торцевые свободные концы которой выведены из корпуса наружу и образуют выводы для присоединения к источнику электрического тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6