Смекни!
smekni.com

Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры (стр. 15 из 19)

рывания проходного отверстия и герметизации УП в плоских уст-

ройствах, в качестве прототипа была выбрана разработанная нами ба-

зовая конструкция сверхвысоковакуумного затвора с двумя исполни-

тельными органами и электропневматическим приводом [153]. Приняв

за основу структуру, генерируемую по правилу (3.22), получаем из

выражения (3.30) искомую формулу строения создаваемого устройства:

Общий вид разработанного затвора представлен на рис. П.6,

П.6А. Для согласования функциональных параметров сопрягаемых

основных ФМ совместно с электромагнитным приводом использован гид-

равлический усилитель, т.е. образован комбинированный привод, поз-

воляющий применять подобное решение и для устройств с цельнометал-

лической УП. Проведенный анализ множества позволил модифициро-

вать описываемую конструкцию за счет использования для перемещения

уплотнительного диска принципиально нового для ВКА ввода движения

- упруго деформируемого полого элемента - трубки Бурдона. Подобное

выполнение конструкции позволило упростить управление работой зат-

вора, повысить его быстродействие и уменьшить дестабилизирующее

воздействие элементов затвора на вакуумную среду [154].

Дальнейшее развитие конструкций ВКА, включающих вводы движе-

ния - механизмы непосредственного действия, не содержащие пары

трения в вакуумной полости, обусловило необходимость получения

структуры с одним исполнительным органом. Формула строения данного

устройства получена из выражения (3.32) :

Общий вид конструкции сверхвысоковакуумного затвора , реали-

зующей данную цель, приведен на рис. П.7, П.7А-В.

Подобное выполнение затвора позволило использовать в структу-

ре только один исполнительный орган при сохранении достоинств вы-


- 130 -

шеописанной конструкции [155].

4.4.2. Конструкции ВКА, разработанные на основе синтеза ее

механизмов.

Необходимость синтеза механизмов обусловлена, как правило,

использованием электромеханического или ручного привода, а также

сложным видом движения при перекрывании и герметизации проходного

отверстия, что особенно актуально для плоских и проходных затво-

ров. Рассмотрим конструкции ВКА, полученные с использованием раз-

личных путей синтеза ее механизмов (см. п. 3.4.1.).

Кинематическая схема поворотного затвора, полученная на осно-

ве анализа трехконтурной формы цепи (с использованием ППП "SSVC"),

реализованной посредством плоских рычажных механизмов, приведена

на рис. П.8. Формулу строения данного устройства, согласно (3.35),

можно представить в виде:

Проработка и практическое воплощение полученной схемы меха-

низма совмещенной структуры (рис. П.9) обеспечили рациональное

движение уплотнительного диска при перекрывании и герметизации

проходного отверстия: поступательное его движение на стадии герме-

тизации и поворот уплотнительного диска на 90 на стадиях открыва-

ния и закрыванияя затвора при небольшом ходе ведущего звена приво-

да.

Подобное выполнение устройства приводит к повышению ресурса и

надежности работы затвора за счет исключения неравномерности сжа-

тия уплотнителя и его трения о седло, а также обеспечения фиксиро-

ванного положения уплотнительного диска в каждый момент работы

затвора, что устраняет возможность его перекосов [120].


- 131 -

Дальнейшая доработка рассмотренной конструкции обусловлена

оптимизацией созданного механизма по критерию Ф (выражение

(2.21)). Оптимизация проводилась для механизма, расположенного вне

вакуумной полости затвора и являющегося собственно его приводом (с

использованием ППП "Р4"). Целью проектирования явилась необходи-

мость обеспечения различных передаточных функций на стадиях перек-

рывания и герметизации проходного отверстия. Указанная цель реали-

зована посредством использования двух взаимодействующих типовых

элементарных механизмов - попеременно работающих эксцентриков

(рис. П.10), причем на стадии перемещения уплотнительного диска,

требующей значительных перемещений при малых усилиях, работает

эксцентрик с большим эксцентриситетом, а герметизация затвора про-

изводится эксцентриком с маленьким эксцентриситетом. Подобное вы-

полнение устройства позволяет существенно уменьшить приводное уси-

лие для получения требуемого усилия герметизации [156].

По отношению к используемым механизмам, особенно расположен-

ным в вакуумной полости, наиболее критичны сверхвысоковакуумные

конструкции, качество которых зачастую определется дестабилизирую-

щим влиянием на рабочую сверхвысоковакуумную среду (величиной

привносимой дефектности). В связи с этим одной из основных целей

проектирования сверхвысоковакуумных клапанов и затворов является

уменьшение числа тяжелонагруженных пар трения в механизмах, рабо-

тающих в вакуумной полости ВКА, либо полное их устранение, что на-

иболее труднодостижимо для конструкций плоского типа. Другим важ-

ным аспектом разработки конструкций с электромеханическим приводом

является использование только одного привода для их функционирова-

ния, что определило цели проектирования описываемых ниже конструк-

ций сверхвысоковакуумных прямопролетных плоских затворов.

На рис. П.11, П.11А,Б представлен общий вид сверхвысоковаку-

умного затвора, в котором механизм, расположенный в вакуумной по-


- 132 -

лости, обеспечивает поворот уплотнительного диска для перекрывания

проходного отверстия, что не требует больших усилий, а герметиза-

ция осуществляется механизмом, расположенным вне вакуумной по-

лости. Формула строения при этом имеет вид:

Подобная конструкция является устройством переменной структу-

ры с отключением механизма перемещения при герметизации:

Достоинством разработанного механизма перемещения уплотни-

тельного диска (рис. П.11Б) является его большое передаточное от-

ношение при незначительных габаритах, что приводит к минимизации

критерия Ф [157].

Вместе с тем, рассмотренная конструкция достаточно сложна, а

механизм перемещения из-за расположения в вакуумной полости труд-

норегулируем, что определило цель проектирования - удаление меха-

низма из вакуумной полости (замена его механизмом непосредственно-

го действия), т.е. генерацию структуры по выражению (3.33). При

этом формула строения принимает вид:

Указанная проектная цель была достигнута в разработанном

сверхвысоковакуумном затворе с электромеханическим приводом путем

синтеза зубчато-кулачкового механизма, расположенного вне вакуум-

ной полости (рис. П.12, П.12А,Б).

Рассматриваемый затвор является конструкцией нового, ранее не

описанного типа устройств с механизмами переменной структуры: с

отключением механизма герметизации при перекрывании проходного от-

верстия и с отключением механизма перемещения уплотнительного

диска при его герметизации, что отмечено при разработке структур-


- 133 -

но-конструктивной классификации ВКА (п. 1.3), а формально было

предопределено при анализе множества возможных формул строения ВКА

(выражение (3.33)).

Подобное выполнение устройства позволило исключить механизмы

из вакуумной полости, что повышает ресурс работы затвора, упрощает

его управление и наладку при сохранении автономного (в сравнении с

пневмоуправляемыми конструкциями) привода [158].

4.4.3. Конструкции ВКА, разработанные на основе использования

различных физических эффектов.

При создании конструкций ВКА, описываемых в настоящем разделе

использован программный модуль "VP2".

Использование ФЭ в структуре ВКА как правило приводит к ее

усложнению и удорожанию, поэтому их применение целесообразно, в

основном, в сверхвысоковакуумных конструкциях, что объясняется

сложностью и особенностями функционирования подобной ВКА.

Главным недостатком цельнометаллической ВКА является большое

усилие герметизации уплотнительной пары, что приводит к повышенной

требуемой мощности привода, росту массо-габаритных характеристик и

снижению ресурса работы устройств. В связи с этим основной целью

проектирования является уменьшение действующих в ВКА усилий.

Достичь желаемого позволяет ФЭ, получивший название "гистерезис

натеканий" и заключающийся в возможном снижении после герметизации

УП прикладываемых к ней усилий в 2-3 раза, не приводящем к разгер-

метизации стыка [70, 159].

С использованием данного ФЭ разработан способ герметизации

цельнометаллического разъемного вакуумного соединения, который мо-

жет быть реализован как с помощью средств управления [160, 161],

так и с помощью ФЭ, преобразующих немеханическую энергию в механи-


- 134 -

ческую [162]. Уточненная с учетом выявленной вспомогательной функ-

ции - "разгрузить уплотнительную пару" - обобщенная функцио-

нальная структура , представлена на рис. П.13. Причем выполне-

ние функции может быть реализовано соответствующим перемещени-

ем уплотнительного диска.

Конкретная реализация подобной получена в конструкции

сверхвысоковакуумного клапана, приведенной на рис. П.14, использу-

ющей ФЭ "тепловое расширение" - преобразование тепловой энергии в

механическую (перемещение уплотнительного диска за счет изменения

линейных размеров штока при нагреве). При этом введение в структу-

ру предлагаемого устройства ФМ "нагреватель", включение которого

герметизирует УП, а отключение - разгружает ее (после остывания

штока), позволяет уменьшить усилия в элементах клапана в положении

"закрыто", избавиться от перегрузок на уплотнительную пару в мо-

мент герметизации и при прогревах; снизить мощность используемого