Пристрій автоматичного регулювання температури в теплиці

Реферат: Пристрій автоматичного регулювання температури в теплиці містить поворотну раму на горизонтальній поворотній осі, установлену в нерухомому каркасі, з термомеханічним приводом у вигляді термочутливого елемента з титанонікелевомідного сплаву з ефектом пам'яті форми, причому горизонтальна поворотна вісь проходить вище центра ваги поворотної рами, термомеханічний привід містить нерухомий циліндричний корпус з теплопровідного матеріалу, контрпружину і привідний шток з упорним диском, жорстко закріпленим на штоку перпендикулярно його осі між контрпружиною і пружиною зі сплаву з ефектом пам'яті форми, коаксіально розташованими в нерухомому циліндричному корпусі, закритому з обох сторін регулювальними різьбовими кришками з отворами в центрі під привідний шток. UA 117783 U (12) UA 117783 U UA 117783 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до сільського господарства, а саме до вирощування рослин у закритому ґрунті. В теперішній час відомі сплави з особливими функціональними властивостями ефектом пам'яті форми (ЕПФ), що характеризується двома величинами [1. https://ru.wikipedia.org/wiki/]: маркою сплаву зі строго витриманим хімічним складом і температурами мартенситних перетворень. У процесі прояву ЕПФ беруть участь мартенситі перетворення двох видів - пряме і зворотне. Температури мартенситних перетворень є функцією як марки сплаву (системи сплаву), так і його хімічного складу. Невеликі зміни хімічного складу сплаву (навмисні або як результат браку) ведуть до зсуву цих температур. ЕПФ елементи можуть бути використані в термомеханічних приводах для регулювання температури повітря в теплиці. Умовно усі термомеханічні приводи для відкривання фрамуг можна розбити на два класи. До першого відносяться конструкції, що мають два самостійні елемента датчик температури і виконавчий елемент. До другого класу входять пристрої, де функції контролю температури і виконання команди об'єднані в одному елементі, виконаному з ЕПФ сплавів. Так відома терморегульована теплиця [2. A.с. SU №1477324, кл. A01G9/24, опубл. 1989, бюл. № 17], яка містить поворотну раму, шарнірно закріплену на каркасі, і привід повороту рами, виконаний у вигляді телескопічно розташованих гільз різного діаметра з теплопровідного матеріалу. Між днищами гільз розміщені ЕПФ пружини, виготовлені зі сплаву на різні температури. При підвищенні температури пружина, що має найменшу температуру ЕПФ, розпрямляється і тягою частково відкриває поворотну раму. Подальше підвищення температури в теплиці викликає послідовне розпрямлення інших ЕПФ пружин і подальше відкриття рами. Недоліком пристрою є ускладнення конструкції: датчика температури у вигляді набору гільз, між якими розміщені ЕПФ пружини, і механічного приводу повороту рами. Відома також система регулювання повітря в теплиці [3. Пат. 68239 UA. МПК A01G9/14, A01G9/24, опубл. 15.07.2004, бюл. № 7], що містить датчики положення фрамуг, температури, анемометр, блок управління, фрамуги, рухомі рейки, привідний МІФ елемент з електронагрівачем. Недоліком відомого пристрою є залежність від джерела живлення для електронагрівачів, потреба в блоці живлення і блоці регулювання. Відомий також пристрій для регулювання температури повітря в теплиці [4. Пат. 2048744 РФ. MПK А01G9/14, A01G9/24С, С22С14/00, опубл. 27.11.1995] другого типу, взятий за прототип, що містить поворотну раму, встановлену з можливістю переміщення у вертикальній площині в каркасі, барабан трособлочної системи, розташований на осі обертання рами, що проходить через її центр ваги, і привід повороту рами у вигляді термочутливого елемента з титанонікелевомідного ЕПФ сплаву. Недоліком відомого пристрою є складність механізму повертання рами. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення конструкції в поєднанні з плавним регулюванням в широкому діапазоні робочих температур, захистом ЕПФ пружини від дотикання. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій автоматичного регулювання температури в теплиці, який містить поворотну раму на горизонтальній поворотній осі, установлену в нерухомому каркасі, з термомеханічним приводом у вигляді термочутливого елементу з титанонікелевомідного сплаву з ЕПФ, згідно з корисною моделлю, горизонтальна поворотна вісь проходить вище центра ваги поворотної рами, термомеханічний привід містить нерухомий циліндричний корпус з теплопровідного матеріалу, контрпружину і привідний шток з упорним диском, жорстко закріпленим на штоку перпендикулярно його осі між контрпружиною і пружиною зі сплаву з ЕПФ, коаксіально розташованими в циліндричному корпусі, закритому з обох сторін регулювальними різьбовими кришками з отпорами в центрі піл привідний шток, упорний ролик на кінці приводного штока з боку внутрішньої поверхні поворотної рами. ЕПФ пружина виконана па основі титан-нікель-мідного сплаву при наступному співвідношенні компонентів (мас.) [4]: Ті44,93 Ni55,07-x Cux, де х=10,64…14,15. Функціональні елементи на базі цих сплавів дають можливість розробляти термомеханічний привід з плавним ходом в межах 10…15 °C в діапазоні 20…50 °C [4]. Виконання термомеханічного приводу у вигляді пружин з приводним штоком в нерухомому циліндричному корпусі захищає їх від дотикання сторонніми предметами і спрощує конструкцію. Виконання ЕПФ пружини зі сплаву титан-нікель-мідь забезпечує вибір уставки температури в широкому діапазоні робочих температур. Виконання циліндричного корпусу з теплопровідного матеріалу з отворами забезпечує реагування ЕПФ пружини на температуру в теплиці. Упорний диск, нерухомо перпендикулярно закріплений на приводному штоку між пружинами, забезпечує 1 UA 117783 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 передачу зусилля пружин на привідний шток, а через нього - на поворотну раму при спрощенні конструкції. Наявність контрпружини обумовлює плавне повертання приводного штока в крайні положення, чим запобігає пошкодженню поворотної рами. Зміна затяжки різьбових кришок забезпечує зміну усадки пружин, регулювання жорсткості пружин, а отже і початок "відкриттязакриття" поворотної рами залежно від відхилення температури в теплиці від уставленого значення. Розміщення горизонтальної поворотної осі вище центру ваги поворотної рами забезпечує повертання її у початкове положення. Упорний ролик, розташований на кінці приводного штоку, забезпечує легкість ковзання приводного штоку по робочій поверхні поворотної рами, а отже підвищує експлуатаційну надійність пристрою. Таким чином, запропонована корисна модель забезпечує спрощення конструктивного виконання із забезпеченням можливості плавного регулювання в широкому діапазоні робочих температур, а також захист пружин від дотикання сторонніми предметами, що сприяє підвищенню експлуатаційної надійності роботи пристрою. Суть корисної моделі пояснюється кресленням пристрою автоматичного регулювання температури в теплиці: Фіг. 1 Будова та принцип дії пристрою автоматичного регулювання температури в теплиці; Фіг. 2 Розрахункова схема термомеханічного приводу. Пристрій автоматичного регулювання температури в теплиці містить поворотну раму 1, установлену в нерухомому каркасі 2, на горизонтальній поворотній осі 3, розташованій вище центра ваги поворотної рами 1, горизонтально розташований нерухомий циліндричний корпус 4 з теплопровідного матеріалу, в якому розташований привідний шток 5 з упорним диском 6. перпендикулярно закріпленим між контрпружиною 7 і ЕПФ пружиною 8, закритих з обох торців регулювальними різьбовими кришками 9, 10 з отворами в центрі під привідний шток 5, упорного ролика 11, розташованого на кінці приводного штоку 5, кріпильні елементи 12 на циліндричному корпусі 4. Принцип роботи пристрою автоматичного регулювання температури в теплиці заснований на зміні жорсткості ЕПФ пружини 8 при зміні температури в теплиці. Жорсткість ЕПФ пружини 8 і контрпружини 7 підібрані таким чином, що при температурі 20 °C рама 1 знаходиться в положенні "закрито". При підвищенні температури жорсткість ЕПФ пружини 8 починає підвищуватися, вона давить на диск 6, жорстко закріплений на приводному штоку 5, контрпружина 7 стискається, привідний шток 5 рухається в напрямку поворотної рами 1, тисне на неї упорним роликом 11 і, повертає поворотну раму 1 на горизонтальній осі 3 в положення "відкрито". Положення "відкрито" досягається при температурі 40 °C. В діапазоні 20…40 °C поворотна рама 1 займає проміжне положення, повний кут повороту рами визначається робочим ходом приводного штоку 5, а останній - співвідношенням жорсткості ЕПФ пружини 8 і контрпружини 7. При зниженні температури жорсткість ЕПФ пружини 8 знижується, і поворотна рама 1 під дією ексцентричної сили від власної ваги і контрпружини 7 починає плавно повертатися на осі 3 в напрямку положення "закрито". Кут повороту рами і робочий хід приводного штока 5 закладається при розробці конструкції, виходячи з характеристик ЕПФ пружини і контрпружини. Параметри термомеханічного приводу можна розрахувати за відомою методикою [15. Летепков О.В. Расчет привода, состоящего из пружины с эффектом памяти формы и контрпружины / Вестник Новгородского государственного университета. - № 8(91). -2015. - С. 73-76], де прийняті такі позначення: МН і МК температури початку і закінчення прямого мартенситного перетворення; АН і АК температури початку і закінчення зворотного мартенситного перетворення. Довжина L0 приводу в початковому стані (фіг. 2) визначається виразом: L0  LE  LУ , (1) де 50 LE і LУ відповідно, початкова довжина ЕПФ пружини 8 і контрпружини 7. Для установки приводу у робоче положення необхідно при температурі ТМК задати його попередню осадку L. В результаті ЕПФ пружина 8 і контрпружина 7 отримують відповідні осадки, і привідний шток 5 установлюється в крайнє праве положення [5]. При цьому: М L  M  У , (2) де 55 M i У М відповідно, осадка ЕПФ пружини і контрпружини 7 при ТМК. При температурі ТАК осадки ЕПФ пружини 8 і контрпружини 7 будуть визначатися виразами, відповідно: A  M  LPX , (3) 2 UA 117783 U У А  м  LPX , у де (4)  A - осадка ЕПФ пружини 8 і У А - осадка контрпружини 7, LPX - робочий хід приводного штока 5. Осадка контрпружини 7 при ТМк визначається виразом [5] 5 м  у LC M (5) , CУ  С М Осадка ЕПФ пружини 8 при ТАК визначається виразом L  CУ (6) , (CУ  С А ) де CУ і С А - відповідно жорсткість контрпружини і ЕПФ пружини при ТАК. A  Величину 10 LPX отримаємо з рівняння:  CУ  CM (7) LPX  L1   C  С  C  С .  У М У А   Згідно з рівнянням (7), корисне переміщення приводного штоку 5 може бути отримано при річних поєднаннях чотирьох факторів: L, C M , С А , CУ , причому C M і C А є характеристиками одного елемента - ЕПФ пружини. В нашому випадку вигідно мати готову ЕПФ пружину і двома незалежними параметрами 15 ( C M , C А ), а максимальну величину LPX забезпечувати зміною параметра контрпружини CУ . Оптимальну жорсткість контрпружини отримаємо за формулою ОПТ CУ  СМ СА . (7) 20 Функціональні характеристики ЕПФ елементів ( C M , C А ) можуть бути визначені експериментально виробником або аналітично за формулами курсу "Опір матеріалів" а оптимальна жорсткість контрпружний відрегульована на місці монтажу термомеханічного приводу. Отже корисна модель забезпечує спрощення конструкції із забезпеченням плавного регулювання в широкому діапазоні робочих температур, підвищення експлуатаційної надійності. Таблиця Параметри сплаву Ti50Ni50-хCuх Вміст міді в сплаві Робочий хід (зміна довжини елемента Зона Ti50Ni50-хCuх мас, % ігри зміні температури на 10 °C, % нечутливості, °C 9,47 0,3 5…10 10,64 0,4 2…3 11,81 0,5 1,5…2 12,98 0,5 1,5…2 14,15 0,4 1,5…2 17,64 0,5 5…10 Межі налагодження, °C від +30 до +150 від -30 до +40 від -40 до +50 від -40 до +50 від -40 до +50 від +60 до +180 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 1. Пристрій автоматичного регулювання температури в теплиці, що містить поворотну раму на горизонтальній поворотній осі, установлену в нерухомому каркасі, з термомеханічним приводом у вигляді термочутливого елемента з титанонікелевомідного сплаву з ефектом пам'яті форми, який відрізняється тим, що горизонтальна поворотна вісь проходить вище центра ваги поворотної рами, термомеханічний привід містить нерухомий циліндричний корпус з теплопровідного матеріалу, контрпружину і привідний шток з упорним диском, жорстко закріпленим на штоку перпендикулярно його осі між контрпружиною і пружиною зі сплаву з ефектом пам'яті форми, коаксіально розташованими в нерухомому циліндричному корпусі, 3 UA 117783 U 5 закритому з обох сторін регулювальними різьбовими кришками з отворами в центрі під привідний шток. 2. Пристрій автоматичного регулювання температури в теплиці за п. 1, який відрізняється тим, що містить упорний ролик, розташований на кінці приводного штока з боку внутрішньої поверхні поворотної рами. 4 UA 117783 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5