ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЦИЛИНДР Российский патент 2003 года по МПК F15B15/20 F16J10/04 

Изобретение относится к области гидроаппаратуры и может быть использовано в технологическом оборудовании, в частности в гидравлических системах регулирования давления противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов в качестве гидравлических цилиндров противоизгиба, компенсирующих износ рабочих валков в процессе эксплуатации и обеспечивающих планшетность прокатываемой полосы.

Известен гидравлический цилиндр, содержащий установленный в корпусе поршень, подвижное соединение которого с корпусом снабжено грязесъемным кольцом и уплотнительным узлом, размещенными в поршне, при этом поршень выполнен с конической фаской перед грязесъемным кольцом, а грязесъемное кольцо установлено в кольцевой канавке поршня, сообщенной с Г-образными каналами, выполненными в теле поршня с выходом на торцевую поверхность, в которых установлены фильтрующие сетки (См. А.с. 527556 СССР, МКИ F 16 J 1/00. Поршень компрессора/Заявл. 19.05.75, опубл. 05.09.76).

В данном техническом решении предотвращается попадание механических примесей в зазор между корпусом цилиндра и поршнем, так как механические примеси, осевшие на поверхность корпуса, соскабливаются острой кромкой грязесъемного кольца и задерживаются фильтрующими сетками. Вместе с тем исключается затягивание механических примесей через зазор между грязесъемным кольцом и корпусом в кольцевую полость, образованную в подвижном соединении поршня с корпусом цилиндра - между поверхностями грязесъемного кольца и кольцевой канавки, благодаря тому, что указанная кольцевая полость сообщена с рабочей полостью посредством Г-образных каналов с фильтрующими сетками, что позволяет выравнивать давления в кольцевой и рабочей полостях при перемещении поршня.

Недостатком рассматриваемого изобретения является то, что в случае загрязнения фильтрующих сеток механическими частицами, что наблюдается довольно часто в условиях повышенной загрязненности, абразивные механические примеси затягиваются в кольцевую полость в подвижном соединении поршня с корпусом через зазор между грязесъемным кольцом и корпусом при снижении давления в упомянутой полости по сравнению с давлением в рабочей полости. Это приводит к истиранию и задирам рабочих поверхностей подвижного соединения, к преждевременному износу уплотнений и, как следствие, к снижению надежности и долговечности подвижного соединения.

Загрязнение фильтрующих сеток, в свою очередь, приводит к необходимости их частой замены, что усложняет эксплуатацию гидравлического цилиндра.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является взятый заявителем в качестве прототипа гидравлический цилиндр, содержащий установленный в корпусе плунжер, подвижное соединение которого с крышкой корпуса снабжено грязесъемным кольцом и уплотнительным элементом, размещенными в крышке, при этом плунжер выполнен с образованием кольцевой штоковой полости в подвижном соединении с корпусом со стороны грязесъемного кольца (См. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982, с.350-351, рис. 3.54 а).

В тяжелых условиях эксплуатации известного гидравлического цилиндра - при наличии воды и абразивных частиц во внешней среде - наблюдается попадание механических примесей в кольцевую штоковую полость и подвижное соединение между корпусом цилиндра и плунжером, обусловленное тем, что при втягивании плунжера внутрь полости корпуса цилиндра в кольцевой штоковой полости создается разряжение, приводящее к затягиванию из внешней среды водяной пыли с абразивными частицами окалины, грязи и других механических примесей. Это вызывает повышенный износ поверхностей плунжера и полости гидравлического цилиндра, а также снижает надежность и долговечность уплотнений подвижного соединения плунжера с корпусом гидравлического цилиндра и приводит к наружным утечкам масла по штоковой части плунжера, попаданию воды с частицами окалины и грязи в рабочую жидкость гидравлической системы.

Недостатком известной конструкции является также и то, что при выдвижении плунжера из полости корпуса цилиндра в кольцевой штоковой полости создается избыточное давление, приводящее к выдавливанию грязесъемного кольца, что также снижает надежность конструкции.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание гидравлического цилиндра, предотвращающего попадание механических примесей в кольцевую штоковую полость и подвижное соединение между корпусом цилиндра и плунжером и позволяющего за счет этого в тяжелых условиях эксплуатации - при наличии воды и абразивных частиц во внешней среде - уменьшить износ поверхностей плунжера и полости гидравлического цилиндра, а также повысить надежность и долговечность уплотнений подвижного соединения плунжера с корпусом гидравлического цилиндра, исключить наружные утечки масла по штоковой части плунжера, попадание воды с частицами окалины и грязи в рабочую жидкость гидравлической системы.

Для решения поставленной задачи в известном гидравлическом цилиндре, содержащем установленный в корпусе плунжер, подвижное соединение которого с крышкой корпуса снабжено уплотнительным элементом, размещенным в крышке, при этом плунжер выполнен с образованием кольцевой штоковой полости в подвижном соединении с корпусом со стороны крышки, согласно изобретению кольцевая штоковая полость сообщена с внешней средой посредством канала, выполненного в боковой стенке корпуса цилиндра продольно по всей ее длине.

В частных случаях исполнения гидравлический цилиндр имеет следующие отличительные признаки.

Согласно изобретению в канале, выполненном в боковой стенке корпуса цилиндра, установлен осаждающий элемент, при этом канал сообщен с внешней средой с помощью отверстия в нижней части боковой стенки корпуса, площадь поперечного сечения которого меньше площади поперечного сечения канала.

Согласно изобретению отверстие в нижней части боковой стенки корпуса снабжено фильтром.

Согласно изобретению осаждающий элемент выполнен в виде винта с резьбой.

Согласно изобретению осаждающий элемент выполнен в виде пружины.

Согласно изобретению осаждающий элемент выполнен в виде плоской перегородки с отверстием в нижней части, расположенной по всей длине канала и отделяющей кольцевую штоковую полость от внешней среды, при этом канал дополнительно сообщен с внешней средой посредством отверстия, выполненного в верхней части боковой стенки корпуса цилиндра, защищенного козырьком, площадь поперечного сечения которого превышает площадь поперечного сечения отверстия в нижней части боковой стенки корпуса.

Согласно изобретению отверстие, выполненное в верхней части боковой стенки корпуса цилиндра, снабжено фильтром.

Наличие канала, выполненного в боковой стенке корпуса цилиндра продольно по всей ее длине, сообщающего кольцевую штоковую полость с внешней средой, позволяет выравнивать давление в кольцевой штоковой полости по отношению к давлению внешней среды, то есть выполняет функцию компенсации изменения давления в кольцевой штоковой полости при втягивании плунжера внутрь полости цилиндра или при его выдвижении из полости, что необходимо для обеспечения работоспособности гидравлического цилиндра.

В результате компенсации изменения давления в кольцевой штоковой полости и поддержания его в пределах величины давления внешней среды исключается затягивание воды с частицами механических примесей из внешней среды со стороны крышки при втягивании плунжера в полость гидравлического цилиндра и выдавливание уплотнения при выдвижении плунжера.

Одновременно наличие такого канала приводит при движении плунжера внутрь полости цилиндра и создании разряжения в кольцевой штоковой полости к затягиванию водяной пыли с механическими примесями из внешней среды через нижнее отверстие канала. При этом водяная пыль из внешней среды не успевает подняться вверх по всей длине канала и попасть в кольцевую штоковую полость, так как при ее движении по каналу за счет разницы температур происходит конденсация воды на стенках канала, в результате чего осевшая на стенках канала вода вместе с частицами механической примеси под действием собственного веса стекает вниз. При выдвижении плунжера из полости цилиндра водяная пыль с механическими частицами примеси полностью вытесняется из канала через дополнительное отверстие в нижней части стенки корпуса.

В итоге снижается вероятность затягивания водяной пыли с абразивными частицами окалины, грязи и других механических примесей из внешней среды в кольцевую штоковую полость. Это приводит к уменьшению износа поверхностей плунжера и полости гидравлического цилиндра, повышению надежности и долговечность уплотнений подвижного соединения плунжера с корпусом гидравлического цилиндра и снижению наружных утечек масла по штоковой части плунжера, а также исключает попадание воды с частицами окалины и грязи в рабочую жидкость гидравлической системы.

Установка в канале, выполненном в боковой стенке корпуса цилиндра осаждающего элемента, дополнительно способствует конденсации и осаждению капель воды с механическими примесями из внешней среды не только на стенках канала, но и на поверхности осаждающего элемента, что увеличивает возможности отвода водяного конденсата из канала и снижает вероятность попадания воды с механическими примесями в кольцевую штоковую полость.

При этом площадь поперечного сечения отверстия в нижней части боковой стенки корпуса, сообщающего канал с внешней средой, меньше площади поперечного сечения канала, что уменьшает попадание водяной пыли с механическими примесями из внешней среды в полость канала, обеспечивая при этом выполнение функций компенсации изменения давления в кольцевой штоковой полости и отвода образовавшегося конденсата.

Наличие фильтра в отверстии, выполненном в нижней части боковой стенки корпуса, уменьшает попадание механических частиц в полость канала и, соответственно, в кольцевую штоковую полость.

Выполнение осаждающего элемента в виде винта с резьбой позволяет увеличить площадь поверхности осаждающего элемента и, как следствие, повысить надежность конструкции. В данном случае нисходящие витки резьбы способствуют облегчению отвода водяного конденсата с механическими примесями.

Выполнение осаждающего элемента в виде пружины является другой его формой исполнения, где витки пружины выполняют аналогичные функции.

Выполнение осаждающего элемента в виде плоской перегородки с отверстием в нижней части, расположенной по всей длине канала и отделяющей кольцевую штоковую полость от внешней среды, практически полностью исключает попадание воды с механическими примесями из внешней среды в кольцевую штоковую полость. При этом через отверстие в нижней части плоской перегородки осуществляется выравнивание давления в кольцевой штоковой полости с давлением внешней среды. Отверстие же, выполненное в верхней части боковой стенки корпуса цилиндра и защищенное козырьком, дополнительно сообщающее канал с внешней средой, площадь поперечного сечения которого превышает площадь поперечного сечения отверстия в нижней части боковой стенки корпуса, выполняет функцию выравнивания давления в кольцевой штоковой полости с давлением внешней среды и дополнительно служит для отвода воды из канала при движении плунжера вверх, когда ее уровень становится достаточно высоким. Козырек препятствует попаданию водяной пыли из внешней среды через это отверстие в канал.

Наличие фильтра в отверстии, выполненном в верхней части боковой стенки корпуса цилиндра, препятствует попаданию в канал механических примесей.

Таким образом, достигается уменьшение износа поверхностей плунжера и полости гидравлического цилиндра, повышается надежность и долговечность уплотнений подвижного соединения плунжера с корпусом гидравлического цилиндра, исключаются наружные утечки масла по штоковой части плунжера и попадание воды с частицами окалины и грязи в рабочую жидкость гидравлической системы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен предлагаемый гидравлический цилиндр в разрезе.

Гидравлический цилиндр содержит установленный в корпусе 1 плунжер 2. Подвижное соединение плунжера 2 с крышкой 3 корпуса 1 снабжено уплотнительным элементом 4, размещенным в крышке 3. Плунжер 2 выполнен с образованием кольцевой штоковой полости 5 в подвижном соединении с корпусом 1 со стороны крышки 3. Кольцевая штоковая полость 5 сообщена с внешней средой посредством канала 6, выполненного в боковой стенке корпуса 1 цилиндра продольно по всей ее длине. В предпочтительном варианте исполнения в канале 6 установлен осаждающий элемент, выполненный в виде плоской перегородки 7. Осаждающий элемент может быть выполнен также в виде винта с резьбой или в виде пружины (на чертеже эти варианты не показаны). Плоская перегородка 7 выполнена с отверстием 8 в нижней части, расположена по всей длине канала 6 и отделяет кольцевую штоковую полость 5 от внешней среды. При этом канал 6 сообщен с внешней средой с помощью отверстия 9 в нижней части боковой стенки корпуса 1. Площадь поперечного сечения отверстия 9 меньше площади поперечного сечения канала 6. Отверстие 9 снабжено фильтром 10. Кроме того, канал 6 дополнительно сообщен с внешней средой посредством отверстия 11, выполненного в верхней части боковой стенки корпуса 1 цилиндра. Отверстие 11 защищено козырьком 12 и снабжено фильтром 13. Площадь поперечного сечения отверстия 11 превышает площадь поперечного сечения отверстия 9. Поршневая полость 14 гидравлического цилиндра выполнена с отверстием 15 в корпусе 1 для подачи масла.

При втягивании плунжера 2 в полость 14 корпуса 1 уменьшение давления в кольцевой штоковой полости 5 компенсируется благодаря тому, что кольцевая штоковая полость 5 сообщена с внешней средой посредством канала 6. В результате выравнивания давления в полости 5 с внешней средой одновременно исключается возможность проникновения воды с механическими примесями из внешней среды в зазор между плунжером 2 и корпусом 1, за счет чего исключается преждевременный износ подвижного соединения и уплотнения 4. Одновременно за счет уменьшения давления в кольцевой штоковой полости 5 осуществляется затягивание водяной пыли с механическими примесями из внешней среды в канал 6 через отверстие 9 в нижней части боковой стенки корпуса 1. При этом через отверстие 8 в нижней части плоской перегородки 7 затягивается незначительное количество водяной пыли в часть канала 6 со стороны кольцевой штоковой полости 5. Водяная пыль в процессе конденсации оседает в виде капель воды вместе с механическими примесями на стенках канала 6 и плоской перегородки 7 и под действием силы тяжести стекает вниз и удаляется через отверстие 9 и через отверстие 11 в верхней части боковой стенки корпуса при движении плунжера 2 из полости 14 корпуса 1 цилиндра и повышении давления в кольцевой штоковой полости 5. Козырек 12 защищает от попадания водяной пыли из внешней среды через отверстие 11 в канал 6. Фильтры 10 и 13 предотвращают попадание крупных механических примесей.

Таким образом, предложенное выполнение гидравлического цилиндра предохраняет от преждевременного износа поверхности плунжера и корпуса цилиндра, а также уплотнительные элементы, предотвращает потери рабочей жидкости по штоковой части плунжера, исключает попадание воды и механических примесей в рабочую жидкость и увеличивает срок службы гидравлического цилиндра.

Цилиндр предназначен для гидросистем. Гидравлический цилиндр содержит установленный в корпусе плунжер, подвижное соединение которого с крышкой корпуса снабжено уплотнительным элементом, размещенным в крышке, при этом плунжер выполнен с образованием кольцевой штоковой полости в подвижном соединении с корпусом со стороны крышки, причем кольцевая штоковая полость сообщена с внешней средой посредством канала, выполненного в боковой стенке корпуса цилиндра продольно по всей ее длине. Технический результат - повышение надежности. 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидравлический цилиндр, содержащий установленный в корпусе плунжер, подвижное соединение которого с крышкой корпуса снабжено уплотнительным элементом, размещенным в крышке, при этом плунжер выполнен с образованием кольцевой штоковой полости в подвижном соединении с корпусом со стороны крышки, отличающийся тем, что кольцевая штоковая полость сообщена с внешней средой посредством канала, выполненного в боковой стенке корпуса цилиндра продольно по всей ее длине. 2. Цилиндр по п. 1, отличающийся тем, что в канале, выполненном в боковой стенке корпуса цилиндра, установлен осаждающий элемент, при этом канал сообщен с внешней средой с помощью отверстия в нижней части боковой стенки корпуса, площадь поперечного сечения которого меньше площади поперечного сечения канала. 3. Цилиндр по п. 2, отличающийся тем, что отверстие в нижней части боковой стенки корпуса снабжено фильтром. 4. Цилиндр по одному из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что осаждающий элемент выполнен в виде винта с резьбой. 5. Цилиндр по одному из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что осаждающий элемент выполнен в виде пружины. 6. Цилиндр по одному из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что осаждающий элемент выполнен в виде плоской перегородки с отверстием в нижней части, расположенной по всей длине канала и отделяющей кольцевую штоковую полость от внешней среды, при этом канал дополнительно сообщен с внешней средой посредством отверстия, выполненного в верхней части боковой стенки корпуса цилиндра, защищенного козырьком, площадь поперечного сечения которого превышает площадь поперечного сечения отверстия в нижней части боковой стенки корпуса. 7. Цилиндр по п. 6, отличающийся тем, что отверстие, выполненное в верхней части боковой стенки корпуса цилиндра, снабжено фильтром.