ГИДРОЦИЛИНДР Российский патент 1997 года по МПК F15B15/00 

Изобретение относится к гидроприводу машин, работающих в условиях значительных нагрузок на рабочем органе.

Известен гидроцилиндр возвратно-поступательного перемещения, который содержит корпус с крышками и элементами крепления, поршень с направляющим и уплотнительным элементами, шток и направляющее устройство штока с уплотнительным элементом, установленными на неподвижной крышке (Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М. Машиностроение, 1971, с. 318, рис. 177а).

Напряжения в любой точке по длине гидроцилиндра, подверженного в процессе эксплуатации продольно-поперечному изгибу, могут быть описаны выражением:

где Р продольное сжимающее (толкающее) усилие гидроцилиндра; M_Q изгибающий момент от поперечной (вес гидроцилиндра) нагрузки; F площадь поперечного сечения штока; W осевой момент сопротивления его штока; у - полный прогиб гидроцилиндра (Кобзов Д. Ю. Диагностирование гидроцилиндров рабочего оборудования одноковшовых строительных экскаваторов. Дисс. канд. техн. наук/ЛИСИ. Л. 1987, 365 с.); e_i эксцентриситет приложения в опорах гидроцилиндра продольного сжимающего усилия Р (там же).

Отсюда к основному недостатку названного аналога следует отнести значительные эксплуатационные напряжения, возникающие в штоке в процессе работы гидроцилиндра, следствием чего является остаточная деформация штока, а вслед за этим его заклинивание в корпусе.

Наиболее близким к изобретению является гидроцилиндр (авт. св. СССР N 1807255, кл. F 15 B 15, БИ N 13 от 07.04.93), содержащий корпус и размещенный в нем поршень-шток, снабженные крепежными проушинами, в отверстиях которых установлены опорные подшипники и валы с опорными пальцами, со смещенными относительно продольной оси гидроцилиндра осями, причем оси упомянутых отверстий смещены в вертикальной плоскости от продольной оси гидроцилиндра по направлении к поверхности тяготения на величину e_in, а оси опорных пальцев на величину e_im от осей отверстий так, что суммарные смещения опорных пальцев составляет

где D_i диаметр опорных подшипников по поверхности скольжения;
μ_i коэффициент трения в подшипниках; R_i реакция в подшипнике от веса гидроцилиндра.

Корпус и поршень-шток снабжены дополнительными силовыми элементами, установленными с возможностью создания предварительного напряженного состояния одновременно растяжения и сжатия соответственно выше и ниже горизонтальной оси продольной плоскости гидроцилиндра по отношению к поверхности тяготения при его рабочем пространственном расположении.

Наряду с рядом известных преимуществ данная конструкция, к сожалению, имеет недостатки. Несмотря на уменьшение напряжений в поперечном сечении штока, они продолжают оказывать значительное влияние на прочностное состояние штока, главным образом за счет первого слагаемого уравнения (1) [фиг. 1] Кроме того, применение силовых элементов с постоянным предварительным напряжением не дает возможности регулировать напряжения в них при изменении продольного сжимающего усилия, действующего на гидроцилиндр в процессе работы и отражающего сопротивления внешней трансформируемой среды. Сама же конструкция сложна в изготовлении.

Задача изобретения повышение надежности и увеличение ресурса работоспособности гидроцилиндра путем разгрузки его штока.

Необходимый технический результат достигается тем, что в торцовой поверхности поршня выполнен дренажный канал, связывающий поршневую полость гидроцилиндра с полостью штока, продольная ось которой смещена в вертикальной плоскости относительно продольной оси штока от поверхности тяготения, а опорные пальцы установлены в проушинах корпуса и штока неподвижно.

На фиг. 1 представлены эпюры напряжений в соответствии с уравнением (1) для аналога, прототипа и предлагаемой конструкции; на фиг.2 гидроцилиндр.

Предлагаемый гидроцилиндр (фиг. 2) содержит корпус 1 и размещенные в нем поршень 2 с полым штоком 3, снабженные крепежными проушинами 4 с опорными пальцами 5. В торцовой поверхности поршня 2 выполнен дренажный канал 6, связывающий поршневую полость 7 гидроцилиндра с полостью 8 штока 3, продольная ось которой смещенаа в вертикальной плоскости относительно продольной оси штока 3 от поверхности тяготения вверх. Опорные пальцы 5 установлены в проушинах 4 корпуса 1 и штока 3 неподвижно.

Гидроцилиндр работает следующим образом.

При подаче рабочей жидкости гидросистем в поршневую полость 7 она перетекает через дренажный канал 6 и заполняет полость 8 штока 3, создавая растягивающие напряжения в поперечном сечении штока 3 (фиг. 1а). Так как штоковая полость 8 расположена выше продольной оси штока 3 по отношению к поверхности тяготения, то возникающий при этом изгибающий момент деформирует шток 3 в противоположном от поверхности тяготения сторону, уменьшая тем самым изначальную деформацию всего гидроцилиндра от его веса. В результате уменьшается действие моментов Ма и Ру (фиг. 1б и в). Причем изменение эксплуатационной нагрузки на гидроцилиндре сенсорно, через давление рабочей жидкости в его поршневой полости 7 отражается на давлении жидкости в полости 8 штока 3, а значит и на величине его искусственной деформации и напряжениях, противостоящих функциональным, негативным. После этого шток 3 гидроцилиндра начинает выдвигаться, в результате чего опорные пальцы 5, контактировавшие до начала движения нижними точками с элементами крепления рабочего оборудования машины, скользя по поверхности их взаимного контакта, поднимаются вверх, тем самым уменьшая начальный статический эксцентриситет (фиг. 2б) до минимума. В результате этого остаточный эксцентриситет (фиг. 2в) при функционировании гидроцилиндра находится ниже его продольной оси, т. е. имеет отрицательное значение, что соответственно изменяет на противоположный знак у последнего слагаемого уравнения (1) [фиг. 1г]
Таким образом, предлагаемый гидроцилиндр по сравнению с аналогом (фиг. 1д) и прототипом (фиг. 1д) обладает следующими преимуществами: снижение прогибов, а также существенное снижение напряжений, возникающих в поперечном сечении штока (в условных единицах: прототип 4,0; аналог 9,5; предлагаемый 1,5). В результате достигается повышение надежности и увеличение ресурса работоспособности гидроцилиндра.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве гидропривода машин, работающих в условиях значительных нагрузок.

Сущность изобретения заключается в повышении надежности и увеличении ресурса за счет разгрузки штока гидроцилиндра от возникающих напряжений. Это обеспечивается тем, что на торцовой поверхности поршня выполнен дренажный канал, связывающий поршневую полость гидроцилиндра с полостью штока, продольная ось которой смещена в вертикальной плоскости относительно оси штока в направлении, противоположном направлению силы тяжести, при этом опорные пальцы установлены в крепежных проушинах неподвижно. 2 ил.

Гидроцилиндр, содержащий корпус и размещенный в нем поршень с полым штоком, причем корпус и шток выполнены с крепежными проушинами с установленными в них эксцентрично продольной оси цилиндра в направлении, совпадающем с направлением силы тяжести, опорными пальцами, отличающийся тем, что полость штока выполнена в виде расточки, продольная ось которой смещена относительно продольной оси штока в направлении, противоположном направлению силы тяжести, а опорные пальцы установлены в крепежных проушинах неподвижно.