Литература
1. Школьник Л.М. Скорость роста трещин и живучесть металла. – М.: Металлургия, 1973. – 216с.
2. Установка для испытания образцов материалов на усталость при сложном напряженном состоянии. Патент RU 2472132, МПК G01N 3/32 / Е.В. Лодус, А.А. Павлович. Опубл. 10.01.2013. Бюл №1.
3. Установка для испытания образцов при циклическом нагружении. Патент RU 2488804, МПК G01N 3/32 / Е.В. Лодус, А.В. Никифоров, А.А. Павлович, Д.Ю. Таланов. Опубл. 27.07.2013.
4. Установка для ускоренных испытаний материалов на усталость. Патент на RU 108843, МПК G01N 3/32 / А.Н. Сушина, Н.А. Елгаев, Л.Н. Шарыгин. Опубл. 03.11.2010.
А.Ю. Кадрова
Студент группы ТЭг-110
Научный руководитель: к.т.н., проф. Л.Н. Шарыгин
Владимирский государственный университет
ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ОКОННОГО БЛОКА
В последние годы активно развиваются системы интеллектуального управления жилым домом, которые обеспечивают комфортный микроклимат и позволяют управлять всеми системами дома через Интернет, либо с помощью сотового телефона. Первое масштабное строительство коттеджного поселка из «умных домов» состоялось в конце XX века в одном из пригородов Лондона. Известно ряд технологий управления домом – протоколы Crestron, C-Bus, X10, LUXOR и др.
Предлагаем конструкцию одного из исполнительных элементов системы «умного дома» - электроуправляемого оконного проема, где основное внимание уделено электроприводу.
Обеспечение микроклимата в помещениях за счет конструктивных решений по устройству оконных блоков ведется по разным направлениям. Одно из направлений – регулирование величины лучистой энергии, проходящей через оконный блок. Так в устройстве [1] светопроницаемость регулируется заполнением межстекольного пространства цветной жидкостью. Применяют теплоотражающие окиснометаллические пленочные покрытия [2,3]. Иногда дополняют устройства с отражающими покрытиями нагревателем, например, токопроводящим покрытием на стекле [4]. Больший диапазон регулирования светопроницаемости реализуют устройства с подвижными элементами. В оконных блоках [5,6] подвижным элементом является металлизированная пленка, установленная на двух барабанах с возможностью перемотки.
Регулирование величины лучистой энергии, проходящей через оконный блок, малоэффективно в части теплообмена и не решает проблему воздухообмена. Поэтому получили развитие конструкции оконных блоков с подвижными створками – поворотными и сдвижными. Для управления подвижными створками используют питание от силовой сети электродвигателя с разного вида передаточными механизмами (звеньями). В устройстве [7] для управления сдвижными створками применен захват, а в устройстве [8] – ползун, в моторном приводе [9] – гибкая цепь. Электродвигатели могут быть различного исполнения – редукторный [10], линейный [11].
В основе устройства [12] лежит бегунок для подъема створки окна, рабочая пластина, прикрепленная к поверхности створки, последняя контактирует с рамой окна, узел электродвигателя для вертикального перемещения рабочей пластины, в которой узел электродвигателя содержит ползун, фиксируемый с рабочей пластиной для вертикального перемещения рабочей пластины, шариковый винт, зацепленный посредством резьбы с ползуном для перемещения ползуна, и электродвигатель для вращения шарикового винта. На ползуне имеется выступ, взаимодействующий со щелью в рабочей пластине. Опорные пластины, установленные на обоих концах шарикового винта, на внутренних поверхностях содержат электроды положения. Имеется также переключатель блокирования управления, выступающий с одной стороны элемента для удерживания фиксатора для прохождения через щель для захвата фиксатора рабочей пластины, причем, когда переключатель блокирования прижат, элемент для удерживания фиксатора поворачивается, расцепляясь с фиксатором, в результате чего фиксатор выходит из щели для захвата фиксатора рабочей пластины. В рассматриваемом устройстве предусмотрен контактный узел с устройством управления, электрически связанный с электродами положения, выводами электропитания и блоком электродвигателя. Конструктивная реализация предусматривает применение демпфера ползуна и исполнение контактов контактного узла с подвижными пружинами.
Приведенные принципиальные решения показывают конструктивную сложность и низкую технологичность известных изделий.
Устройство привода
На рис. 1-4 приведена конструкция предлагаемого электропривода с элементами оконного блока. Оконный блок содержит раму 1, в которой с помощью шарниров 2 установлена поворотная створка 3. На валу, принадлежащему полушарниру створки, установлен рычаг 4, соединенный через цангу 5 с помощью тяги 6 с приводом. Тяга представляет собой отрезок стальной проволоки круглого сечения. Расчеты по методу Эйлера показывают, что она устойчива в широком диапазоне отношения длина – диаметр, имеет высокую осевую жесткость и сравнительно низкую изгибную. Электрическое управление приводом осуществляется либо от системы управления домом через разъем 7, либо от термопреобразователя 8. Термопреобразователь преобразует тепловую энергию в электрическую, его входным параметром является разность температур воздуха снаружи и внутри помещения; т.е. по разные стороны оконного блока. На фиг.1 в качестве примера показан термопреобразователь в виде батареи термопар – для наглядности на чертежах изображена одна термопара. Термопреобразователь размещен в отверстии рамы и закреплен компаундом 9. Электрические выводы термопреобразователя подключены к контактам 10 привода. Таким образом, если имеется разность температур между спаем термопар снаружи помещения с их концами на контактах привода, т.е. внутри помещения, то термобатарея будет вырабатывать ЭДС, которую называют термоЭДС. Для больших конструкций оконных блоков термоЭДС можно рассматривать как управляющий сигнал электронного усилителя, входящего в состав термопреобразователя.
Основные элементы привода смонтированы на подвижном основании 11, выполненном из плоского листа материала прямоугольной формы. Основание установлено в направляющих подложки 12. Подложка изготовлена из тонкого листа методом штамповки, имеет крепежные отверстия, которые выполнены в углублениях (пуклевках) 13, для крепления с помощью винтов 14 к раме. По осевой линии подложки имеется ряд отверстий 15 для взаимодействия с фиксатором положения основания. Па раллельно осевой линии подложки симметрично на заклепках 16 закреплены две пружины 17, изогнутые концы которых входят в пазы подложки и взаимодействуют с нижней плоскостью основания. На подложке закреплена колодка 18 из электроизоляционного материала с разъемом 7 и контактами 10. Данные контакты выполнены «плавающими» в виде цанг по типу гнезд разъемов марки ШР.
Рис.1. Компоновочная схема привода на оконном блоке
Функцию электродвигателя (преобразователя электрической энергии в механическую) в приводе выполняет магнитострикционный стержень 19, установленный в глухом отверстии каркаса 20 электрической катушки 21. Свободный конец магнитострикционного стержня взаимодействует с резьбовым регулируемым упором 22 имеющем контргайку 23. Указанный упор размещен в резьбовом отверстии на одном конце крестообразного рычага 24, второй конец которого через цангу 25 связан с тягой 6. В средней части крестообразного рычага винтами 26, 27 закреплены первые концы двух пар плоских пружин 28, 29, а их вторые концы винтами 30, 31 присоединены к каркасу электрической катушки. Такое исполнение пружин, расположенных по углом 900 образует упругий шарнир крестообразного рычага. Электрические выводы катушки 21 организованы с помощью запрессованных в каркас 20 контактов 32. Эти контакты выполнены по типу штырей разъемов марки ШР. Для удобства пайки моточного провода катушки к контактам в каркасе имеется паз 33.
Рис.2. Осевой разрез привода
Для управления электрическим режимом предусмотрен трехпозиционный тумблер 34, закрепленный на основании 11 через переходник 35. Подключение контактов тумблера отражено на схеме электрических соединений рис.4.
Также предусмотрено ручное управление положением створки 3 оконного блока. Для ручного управления служит ручка 36 фиксатора положения основания 11. Фиксатор содержит корпус 37 Т-образной формы с расточкой в средней части под шток 38 с пружиной 39 и поперечное отверстие для оси 40 ручки. Ось ручки имеет цилиндрическую форму с кольцевыми расточками на концах, проходит через отверстия отгибов 41 ручки и стопорится плоскими разрезными пружинными шайбами 42. Аналогичной шайбой 43 стопорится шток фиксатора. Для ограничения перемещения основания 11 при ручном управлении имеются два закрепленных на подложке винтами 44 упора 45. Каркас 20 электрической катушки, корпус 37 фиксатора и переходник 35 тумблера закреплены на основании 11 с помощью винтов 46 с потайной головкой.
Рис.3. Крепление пружин подложки
При сборке оконного блока обеспечивают предварительное поджатие поворотной створки 3 к гнезду рамы 1. Этот результат достигают при установке тяги 6. Пропускают тягу в отверстия предварительно закрученных в рычаг 4 полушарнира створки и крестообразный рычаг 24 цанг 5, 25. Далее окончательно закрепляют один конец тяги, пусть это будет за счет затяжки цанги 5 рычага 4. Затем нажимают на конец крестообразного рычага и затягивают цангу 25. В результате плоские пружины 28, 29 получили предварительную деформацию, за счет которой реализуется поджатие поворотной створки 3 к раме 1 в исходном положении. Последняя юстировочная операция – установка регулируемого упора. Закручивают регулируемый упор 22 до касания его носковой полусферической части с торцом магнитострикционного стержня 19 и фиксируют это положение контргайкой 23. В рабочих чертежах на оконный блок предусмотрен кожух (на приведенных фигурах не показан), закрывающий элементы привода.
Рис.4. Схема электрических соединений. Работа привода
Пользуются оконным блоком следующим образом. В исходном положении поворотная створка 3 находится в проеме рамы 1 (закрыта), основание 11 поднято вверх (ориентация чертежа), шток 38 фиксатора нижним концом входит в верхнее отверстие 15 подложки 12, при этом штыревые контакты 32 выводов электрической катушки входят в гнездообразные контакты 10 колодки 18. Пользователь определяет режим работы оконного блока.
Если в доме имеется система автоматического управления, то разъем ее линии подключают к разъему 7 оконного блока и переводят ручку тумблера 34 в крайнее положение «система». При этом замыкается контакт S1 тумблера. При поступлении сигнала от системы автоматического управления через электрическую катушку 21 протекает ток. Этот ток создает магнитное поле, под действием которого магнитострикционный стержень 19 удлиняется. Опираясь в дно глухого отверстия каркаса 20 катушки он перемещает упор 22. Перемещение упора приводит к повороту крестообразного рычага 24 и дополнительной деформации пружин 28, 29 упругого шарнира рычага, что влечет за собой увеличение потенциальной энергии деформированных пружин 28, 29. При повороте крестообразного рычага перемещается второй его конец с цангой 25, это перемещение через тягу 6 и цангу 5 передается рычагу 4, установленному на валу полушарнира створки 3. Соотношение рассмотренного перемещения и рабочей длины рычага 4 определит угол поворота створки 3 оконного блока. После окончания действия сигнала от системы автоматического управления домом исчезнет электрический ток в катушке 21 и его магнитное поле, следовательно магнитострикционный стержень вернется в исходную длину. Освободившийся от взаимодействия с магнитострикционным стержнем крестообразный рычаг 24 под действием момента потенциальной энергии деформированных пружин 28, 29 вернется в первоначальное положение, что приведет к закрыванию поворотной створки 3 оконного блока.
Работа оконного блока от собственного источника электропитания – термопреобразователя 8 – происходит аналогично. Переходят в этот режим перебросом ручки тумблера 34 в другое крайнее положение – «тепло». Замыкание контакта S2 подключает обмотку 21 электрической катушки к термопреобразователю 8 оконного блока. Угловое положение поворотной створки 3 будет пропорционально разности температур снаружи и внутри помещения. Следует заметить, что имеет место некоторая минимальная разность температур, при которой не происходит поворота створки. Это так называемая «мертвая зона» характеристики, определяемая предварительной деформацией пружин 28, 29 упругого шарнира крестообразного рычага 24.
Ручной режим управления соответствует среднему положению ручки тумблера 34, когда обмотка электрической катушки отключена от системы автоматического управления домом и от термопреобразователя 8. Открывание поворотной створки 3 оконного блока осуществляют поворотом ручки 36 «на себя», что приводит выходу штока 38 из верхего отверстия 15 подложки. Далее перемещением ручки вниз (ориентация чертежа) сдвигают основание 11 с закрепленным на нем каркасом 20 катушки. Поскольку на этом каркасе через пружины 28, 29 закреплен крестообразный рычаг 24, то будет перемещаться и он, увлекая через тягу 6 рычаг 4, чем и обеспесивается поворот створки 3. При нужном угле поворота створки фиксируют положение основания 11 штоком 38 на очередном отверстии 15 подложки путем поворота ручки 36 «от себя». Возврат в исходное положение осуществляется в обратном порядке. Плавность перемещения обеспечивается за счет трения пружин 17 подложки 12 о нижнюю плоскость основания 11.
Отметим, что в предлагаемом устройстве исключены аварийные ситуации при необдуманных действиях пользователя. Пусть установлен режим «тепло» и пользователь решил, что створка открыта недостаточно. Он ручкой управления 36 увеличивает, как это описано выше, угол поворота створки 3. Смещение основания 11 приведет к разрыву электрической цепи, т.е. контакты 10 и 32 разъединятся, магнитострикционный стержень вернется в исходный размер и ситуация полностью будет соответствовать ручному режиму управления.
Выводы:
1.Предлагаемое техническое решение имеет широкие эксплуатационные возможности – оно предполагает различные режимы работы. Устройство может быть смонтировано для различных положений оси поворота подвижной створки в пространстве.
2. Регулируемый упор 22 и исполнение тяги 6 в виде гибкой связи с цанговым креплением минимизируют требования по точности изготовления деталей и монтажа, т.е. фактически это компенсаторы погрешностей. Конструкция высокотехнологична, трудоемкость изготовления невысока.
Литература
[1] Заполнение светового проема. Авт.свид. 576379, МПК Е06В 3/00, 9/24./ В.П.Плешаков, Д.Д.Гиндуллин. Опубл.15.10.1977. Бюл. №38.
[2] Теплозащитное остекленение. Авт.свид. 657161, МПК Е06В 5/00./ С.П.Соловьев и др. Опубл.15.04.1979. Бюл. №14.
[3] Теплозащитное остекленение. Авт.свид. 718594, МПК Е06В 5/00./ Г.П.Замаев и др. Опубл.28.02.1980. Бюл. №8.
[4] Электронагреваемое остекленение. Авт.свид. 800335, МПК Е06В 3/00 / С.П.Соловьев и др. Опубл. 30.01.1981. Бюл. №4.
[5] Оконный блок. Авт.свид. SU 1539300, МПК Е06В 3/00 / Г.П.Васильев и др. Опубл. 30.01.1990. Бюл.№4.
[6] Оконный блок. Авт.свид. SU 1737091, МПК Е06В 3/00. / А.В.Спиридонов и др. Опубл. 30.05.1992. Бюл. №20.
[7] Окно или дверь с прибором. Патент RU 2420644, МПК Е05F 15/14. / Отто Эрих (DE) и др. Опубл. 27.04.2010. Бюл. №12.
[8] Конструкция окна или двери. Патент RU2288335, МПК E05F 15/12. / Хемпельманн Вилли (DE). Опубл. 27.11.2006. Бюл.№33.
[9] Моторный привод. Патент RU 2427698, МПК E05F15/02. / Роттер Штайгеманн Кармен (DE). Опубл. 27.08.2011. Бюл. №24.
[10] Приводное устройство. Патент RU2418145, МПК Е05F 15/12. / Зоммер Франк (DE). Опубл.10.05.2011. Бюл.№13.
[11] Устройство для открытия/закрытия окна, содержащее предохранительное устройство. Патент RU 2404347, МПК Е05F 15/14./Сео Сонг Вон (KR). Опубл. 20.11.2010. Бюл. №32.
[12] Устройство подъема и перемещения для окна и устройство для управления им. Патент RU 2416014, МПК Е05F 15/16. / Сео Сонг Вон (KR). Опубл. 10.04.2011. Бюл. №10.
Е.Н. Капранова Студентка группы ТЭг-211 Научный руководитель: к.т.н доцент, . Б. Г. Белобоков Владимирский государственный университет |
