ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ГИДРОЦИЛИНДР ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2000 года по МПК B66F9/22 F15B15/16 

Изобретение относится к силовым объемным гидравлическим двигателям с прямолинейным возвратно-поступательным движением двустороннего действия (с силовым выдвижением и убиранием на полный ход) и может быть использовано в судостроительной, машиностроительной и других областях промышленности.

Известны телескопические гидроцилиндры двустороннего действия с односторонними штоками для реализации больших ходов в условиях недостаточности пространства для размещения обычного поступательного гидродвигателя, величина хода которого ограничена длиной собранного цилиндра, и в этих условиях не может обеспечить необходимую длину хода (Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем.- М.: Машиностроение, 1974, с. 516-518, рис. 216a). Такие многоцилиндровые гидроцилиндры содержат большой цилиндр, в котором расположен поршень большого диаметра со штоком, имеющим внутреннюю полость, в которой размещен поршень меньшего диаметра со своим штоком. Большой цилиндр, поршни и штоки расположены концентрично и имеют возможность относительного и последовательно перемещения, причем сумма их ходов равна общему ходу выходного звена. Подвод (отвод) рабочей жидкости одновременно осуществляется как к подвижному, так и к неподвижному элементам, а именно в общую поршневую полость и отдельные штоковые полости. Недостатками известных телескопических гидроцилиндров является необходимость использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды к подвижным частям гидроцилиндров, а также недостаточность функциональных возможностей, которая обусловлена отсутствием обеспечения, кроме последовательного, также и независимого действия ступеней гидроцилиндров.

Известен телескопический гидроцилиндр двустороннего действия с односторонними штоками, обеспечивающий одновременное выдвижение всех ступеней (Подгорный Ю.П. Гидравлические приводы средств наземного обслуживания самолетов. - М. : Транспорт, 1980, с. 63, 65, рис. 4.8). Гидроцилиндр состоит из корпуса и трех цилиндров, которые образуют три камеры прямого давления и три камеры противодавления, при этом камера противодавления цилиндра предыдущей ступени и камера прямого давления цилиндра последующей ступени попарно сообщены с образованием замкнутой объединенной полости, которых у гидроцилиндра две. Жидкость от насоса при прямом ходе подается в камеру прямого давления в корпусе. Для заполнения гидроцилиндра жидкостью служат обратные клапаны, смонтированные в днищах поршней (кроме поршня штока). Из камеры противодавления штока жидкость отводится через шток.

Для обратного хода жидкость подается через шток в камеру противодавления штока, а из камеры прямого давления, образованной корпусом, рабочая жидкость сливается в маслобак.

При прямом и обратном ходах происходит одновременно выдвижение (убирание) всех цилиндров гидроцилиндра.

Недостатками известного телескопического гидроцилиндра двустороннего действия с одновременным выдвижением всех ступеней является необходимость использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды к подвижной части гидроцилиндра, а также недостаточность функциональных возможностей, которая обусловлена невозможностью обеспечения, кроме одновременного, также и независимого действия ступеней гидродвигателя.

Известны телескопические гидроцилиндры двустороннего силового действия с односторонними штоками, содержащие несколько концентрично расположенных поршней (со штоками), перемещающихся один относительно другого, при этом ход выходного звена равен сумме ходов каждого (Марутов В.А., Павловский С.А. Гидроцилиндры. - М.: Машиностроение, 1966, с. 8, рис. 3, с. 97, 99, рис. 86a). Как в поршневую, так и в штоковую полости жидкость подводится через шток. Как в выдвинутом, так и в убранном положениях поршней поршневая полость представляет собой единую (объединенную) полость гидроцилиндра. В убранном положении поршней все штоковые полости между собой и образуют отдельную объединенную полость, а в выдвинутом положении поршней штоковые полости соединены с объединенной поршневой полостью, кроме штоковой полости того штока, через который производится подвод (отвод) рабочей жидкости. Таким образом, штоковые полости в процессе относительных перемещений подвижных частей попеременно-последовательно переключаются с одной объединенной полости на другую. При подводе жидкости в поршневую полость происходит последовательное выдвижение поршней, начиная от большого диаметра к меньшему. При подводе жидкости в штоковую полость сначала происходит втягивание поршня самого малого диаметра, а затем последовательное складывание "телескопа" в обратном порядке - от поршня наименьшего диаметра к наибольшему.

В случае невозможности подвода рабочей жидкости в любую из объединенных полостей через шток необходимо использование гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей жидкости к подвижным частям гидроцилиндра.

Известные телескопические гидроцилиндры двустороннего силового действия обеспечивают последовательное перемещение поршней, однако независимоe действие ступеней реализовать невозможно, что можно считать недостатком устройства в аспектах оптимизации конструкции и расширения функциональных возможностей.

Известный телескопический гидроцилиндр двустороннего силового действия выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Задача изобретения заключается в оптимизации конструкции для исключения гибких трубопроводов, обеспечивающих подачу рабочей среды к движущимся частям, а также в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения в этих условиях последовательного и независимого действия ступеней гидроцилиндра.

Задача решена тем, что в телескопическом гидроцилиндре двустороннего действия, включающем коаксиальный набор поршневых ступеней со штоковыми полостями каждая, а также поршневую полость, в соответствии с изобретением одна из ступеней гидроцилиндра имеет двусторонний шток, концы которого имеют разные площади сечения, а рабочие площади сторон различны, при этом поршневая полость гидроцилиндра составлена поршневыми полостями каждой ступени, которые установлены с возможностью прихода в противоположные фазы в крайних положениях гидроцилиндра, при этом разноименные полости гидроцилиндра попарно гидравлически соединены с образованием объединенных полостей так, что при максимальных объемах поршневых полостей объединенные полости гидроцилиндра связаны с напором, а при максимальном объеме поршневой полости одной из ступеней с напором соединена объединенная полость, образованная соответствующей ему поршневой полостью, а другая объединенная полость соединена со сливом.

Кроме того, противоположными фазами в положении ступеней являются фазы "Объем поршневой полости максимален" и "Объем поршневой полости минимален".

Кроме того, цилиндр ступени с двусторонним штоком выполнен в виде штокоступенчатой гильзы, сопрягаемой с концами штока разных диаметров с возможностью осевого перемещения.

Кроме того, сопрягаемые с двусторонним штоком поверхности гильзы выполнены цилиндрическими и имеют разный диаметр.

Техническим результатом изобретения является исключение гибких линий для подачи рабочей жидкости за счет гидравлической связи полостей гидроцилиндра, которая обеспечивает подвод рабочей жидкости к любой из неподвижных частей гидроцилиндра. Помимо этого обеспечивается последовательное и независимое перемещение поршней ступеней гидроцилиндра.

Таким образом, в крайних положениях телескопического гидроцилиндра результирующее перемещение ступеней гидроцилиндра определяется суммированием перемещений обоих элементов, а в случае крепления средней части к неподвижному элементу такая возможность исключается.

Сущность изобретения поясняют фиг. 1, на которой представлен телескопический гидроцилиндр двустороннего действия в убранном (исходном) положении; фиг. 2 - то же, в выдвинутом положении; фиг. 3 - то же, в промежуточном фиксированном положении; фиг. 4 - частный пример телескопического гидроцилиндра двустороннего действия в выдвинутом положении.

Телескопический гидроцилиндр двустороннего действия (фиг. 1-3) содержит телескопический набор поршневых ступеней, в который входят цилиндр 1 малой ступени, цилиндр 2 большой ступени, шток-поршень 3 малой ступени с каналами 4,5 для подвода и отвода рабочей жидкости. Цилиндр 1 малой ступени совмещен с двусторонним штоком большой ступени, содержащим поршень 6, нижнюю 7 (цилиндрическую) и верхнюю 8 части, последняя из которых снабжена посадочной шейкой. Телескопический набор ступеней выполнен так, что образует малую штоковую 9 и большую поршневую 10 полости малой ступени, малую 11 и большую 12 полости большой ступени, при этом полость 9 сообщается с полостью 12 через канал 13, а полость 10 сообщается с полостью 11 через канал 14 с образованием объединенных полостей. Малая полость 11 большой ступени по функциональному назначению соответствует штоковой полости этой ступени, а поршневая полость гидроцилиндра составлена поршневыми полостями каждой ступени, соответственно большой поршневой полостью 10 малой ступени и большой полостью 12 большой ступени. Поршень 6 двустороннего штока большой ступени выполнен с неравными рабочими (эффективными) площадями так, что рабочая площадь поршня со стороны полости 12 превышает рабочую площадь поршня со стороны полости 11, при этом диаметр (площадь сечения) посадочной шейки верхней части 8 двустороннего штока превышает диаметр (площадь сечения) нижней его части 7. Цилиндр 2 большой ступени выполнен в виде штокоступенчатой гильзы, сопрягаемой с возможностью осевого перемещения и с концами штока разных диаметров (части 7,8). Сопрягаемые с двусторонним штоком поверхности гильзы-цилиндра 2 выполнены в виде цилиндрической шейки, сопрягаемой с цилиндром нижней части 7 штока, а также в виде цилиндра, сопрягаемого с шейкой верхней части 8 штока, имеющими разные диаметры в соответствии с диаметрами штока.

Телескопический гидроцилиндр двустороннего действия установлен таким образом, что в исходном положении (фиг. 1) объем большой полости 10 малой ступени минимален, а объем большой полости 12 большой ступени максимален, следовательно, крайние положения обеих ступеней противоположны по фазе, при этом разноименные полости гидроцилиндра попарно гидравлически соединены с образованием объединенных полостей.

В исходном положении (фиг. 1) все посадочные поверхности конструктивно прикрыты и защищены от любых внешних воздействий.

Существенным для заявляемого телескопического гидроцилиндра двустороннего действия является крепление к неподвижному элементу, которое может быть осуществлено либо за шток-поршень 3 малой ступени, либо за цилиндр 1 малой ступени, совмещенный с двусторонним штоком большой ступени, либо за цилиндр 2 большой ступени.

Модификация телескопического гидроцилиндра двустороннего действия (фиг. 4) отличается от гидроцилиндра (фиг. 1-3) исполнением цилиндра 2 большой ступени - он имеет в два раза меньшую длину за счет того, что сопрягаемые с двусторонним штоком поверхности гильзы-цилиндра 2 выполнены в виде цилиндрических шеек, а концы двустороннего штока соответственно выполнены в виде цилиндров разных диаметров, при этом общая длина телескопических звеньев в выдвинутом положении на одну четверть меньше, хотя сумма ходов ступеней сохраняется неизменной. При этом в исходном (убранном) положении посадочная поверхность верхней части 8 двустороннего штока открыта и не защищена от внешних воздействий.

Телескопический гидроцилиндр работает следующим образом.

Рабочую жидкость под напором подают по каналу 4 в полость 10 и по каналу 14 в полость 11, а полость 12 через канал 13 вместе с полостью 9 соединяют со сливом каналом 5 (фиг. 1). Под давлением жидкости цилиндр 2 и цилиндр 1 из исходного (убранного) положения последовательно-принудительно перемещаются вверх. Гидроцилиндр устанавливается в крайнее выдвинутое положение, при этом объем большой полости 10 максимален - с напором соединена объединенная полость 10,11, а другая объединенная полость 9,12 соединена со сливом, и объем большой полости 12 минимален, т.е. крайние положения обеих ступеней противоположны по фазе (фиг. 2).

Рабочую жидкость под напором подают по каналам 4 и 5 в полости 9 и 10, а также в полости 12 и 11 за счет соответствующих гидравлических связей - каналов 13 и 14 (фиг. 1,2). Под давлением жидкости гидроцилиндр устанавливается в промежуточное фиксированное положение, при этом выдвинут только цилиндр 1, объемы больших полостей 10 и 12 максимальны, объединенные полости связаны с напором, т.е. крайние положения обеих ступеней однофазны (фиг. 3).

Рабочую жидкость под напором подают по каналу 5 в полость 9 и по каналу 13 в полость 12, а полость 11 через канал 14 вместе с полостью 10 соединяют со сливом каналом 4 (фиг. 2,3).

Под давлением жидкости гидроцилиндр устанавливается в исходное (убранное) положение, при этом цилиндры 1 и 2 убраны, объем большой полости 12 максимален - с напором соединена объединенная полость 9,12, а другая объединенная полость 10, 11 соединена со сливом, и объем большой полости 10 минимален, т. е. крайние положения обеих ступеней противоположны по фазе (фиг. 1).

Для пассивного опускания из любого положения, которое представляет такую возможность, достаточно сообщить объединенные полости 9,12 и 10,11 со сливом через каналы 4,5 (фиг. 2,3), при этом гидроцилиндр переходит в убранное положение под действием внешней нагрузки (фиг. 1).

Работа ступеней и подвод гидравлики для частных случаев выполнения телескопического цилиндра (фиг. 4) идентичны рассмотренным выше.

Заявляемый телескопический гидроцилиндр позволяет легко оптимизировать конструкцию исключением гибких трубопроводов, обеспечивающих подачу рабочей среды к движущимся частям, а также расширением функциональных возможностей за счет обеспечения в этих условиях как последовательного, так и независимого действия ступеней гидроцилиндра.

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и касается создания силовых объемных гидравлических двигателей. Гидроцилиндр имеет коаксиальный набор поршневых ступеней с штоковыми полостями каждая, а также поршневую полость. Одна из ступеней гидроцилиндра выполнена с двусторонним штоком, концы которого имеют разные площади сечения. Рабочие площади сторон поршня различны. Поршневая полость гидроцилиндра составлена поршневыми полостями каждой ступени, которые установлены с возможностью прихода в противоположные фазы в крайних положениях гидроцилиндра. Разноименные полости гидроцилиндра попарно гидравлически соединены с образованием объединенных полостей так, что при максимальных объемах поршневых полостей объединенные полости гидроцилиндра связаны с напором, а при максимальном объеме поршневой полости одной из ступеней с напором соединена объединенная полость, образованная соответствующей ему поршневой полостью, а другая объединенная полость соединена со сливом. Цилиндр ступени с двусторонним штоком может быть выполнен в виде штокоступенчатой гильзы, сопрягаемой с концами штока разных диаметров с возможностью осевого перемещения, а ее сопрягаемые поверхности могут выполняться в виде цилиндров разного диаметра. Технический результат реализации изобретения заключается в исключении гибких линий для подачи рабочей жидкости посредством гидравлической связи полостей гидроцилиндра, обеспечивающей подвод рабочей жидкости к любой из неподвижных частей гидроцилиндра при обеспечении последовательного и независимого действия ступеней гидроцилиндра. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Телескопический гидроцилиндр двустороннего действия, включающий коаксиальный набор поршневых ступеней со штоковыми полостями каждая, а также поршневую полость, отличающийся тем, что одна из ступеней гидроцилиндра имеет двусторонний шток, концы которого имеют разные площади сечения, а рабочие площади сторон поршня различны, при этом поршневая полость гидроцилиндра составлена поршневыми полостями каждой ступени, которые установлены с возможностью прихода в противоположные фазы в крайних положениях гидроцилиндра, при этом разноименные полости гидроцилиндра попарно гидравлически соединены с образованием объединенных полостей так, что при максимальных объемах поршневых полостей объединенные полости гидроцилиндра связаны с напором, а при максимальном объеме поршневой полости одной из ступеней с напором соединена объединенная полость, образованная соответствующей ему поршневой полостью, а другая объединенная полость соединена со сливом. 2. Гидроцилиндр по п.1, отличающийся тем, что противоположными фазами в положении ступеней являются фазы "Объем поршневой полости максимален" и "Объем поршневой полости минимален". 3. Гидроцилиндр по п.1, отличающийся тем, что цилиндр ступени с двусторонним штоком выполнен в виде штокоступенчатой гильзы, сопрягаемой с концами штока разных диаметров с возможностью осевого перемещения. 4. Гидроцилиндр по п.3, отличающийся тем, что сопрягаемые с двусторонним штоком поверхности гильзы выполнены цилиндрическими и имеют разный диаметр.