КОМБИНИРОВАННЫЙ ГИДРОЦИЛИНДР ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2003 года по МПК F15B15/16 

Изобретение относится к области силовых объемных гидравлических двигателей двухстороннего действия с двухсторонним штоком и прямолинейным возвратно-поступательным движением выходного звена и может быть использовано в судостроительной, машиностроительной и других областях промышленности.

Известны гидроцилиндры с двухсторонним штоком, у которых в цилиндрической расточке корпуса находится поршень, жестко соединенный со штоком, при этом обе стороны штока одинакового диаметра расположены по разные стороны поршня и выходят наружу по разные стороны корпуса.

Устройство имеет также две рабочие полости, каждая из которых ограничена соответствующими рабочими поверхностями корпуса, поршня и стороны штока. Корпус имеет длину не менее величины хода гидроцилиндра, а двухсторонний шток имеет длину не менее величины двух ходов гидроцилиндра. Для герметизации подвижных и неподвижных соединений в гидроцилиндре с двухсторонним штоком установлены уплотнительные кольца (уплотнения). Движение выходного звена под действием давления рабочей жидкости возможно в двух направлениях. Выходным звеном гидроцилиндра с двухсторонним штоком может быть как шток, так и корпус (Т.М. Башта. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М. : Машиностроение, 1974, с.498 и 499, рис.210-б, в; В.А. Марутов, С.А. Павловский. Гидроцилиндры. - М.: Машиностроение, 1966, с.5-6, рис.1).

Недостатком известных гидроцилиндров с двухсторонним штоком является то, что даже в убранном положении поршня хотя бы одна из двух сторон штока находится в выдвинутом положении, а в условиях длительного пребывания в морской воде (агрессивной среде) и отсутствии возможности технического обслуживания, а также при отсутствии проворачивания в течение длительного времени, на открытой погружной поверхности штока собираются продукты коррозии, засоления, обрастания и др. (В. Плудек. Защита от коррозии на стадии проектирования. - М. : Мир, 1980, с. 50; К. Бреббиа, С. Уокер. Динамика морских сооружений. - Л.: Судостроение, 1983, с.150), которые при движении штока будут воздействовать на гидроцилиндр и его уплотнения вследствие абразивного действия, что существенно снижает надежность гидроцилиндра при работе в морской воде.

Известны гидроцилиндры с двухсторонним штоком, у которого стороны штока имеют неодинаковые диаметры. Известные гидроцилиндры имеют корпус, в котором находится поршень, двухсторонний шток поршня, выходящий наружу по обе стороны корпуса, уплотнения подвижных и неподвижных соединений. Корпус имеет длину не менее величины хода гидроцилиндра, а двухсторонний шток имеет длину не менее величины двух ходов гидроцилиндра. При работе у таких гидроцилиндров надлежащие части двухстороннего штока попеременно выдвигаются за торец корпуса с соответствующей стороны (В.К. Свешников, А.А. Усов. Станочные гидроприводы. - Справочник. М.: Машиностроение, 1988, с.427 и 428, рис. 9.11 (гидроцилиндры: ЦФ - фиксации, ЦПО - подвода опор)).

Недостатком известных гидроцилиндров является то, что даже в убранном положении поршня хотя бы одна из двух сторон штока находится в выдвинутом положении, а в условиях длительного пребывания в морской воде (агрессивной среде) и отсутствии возможности технического обслуживания, а также при отсутствии проворачивания в течение длительного времени, на открытой наружной поверхности штока собираются продукты коррозии, засоления, обрастания и др., которые при движении штока будут воздействовать на гидроцилиндр и его уплотнения вследствие абразивного действия, что существенно снижает надежность гидроцилиндра при работе в морской воде.

Известна подвижная опора, взаимодействующая с механизмом подачи, которая установлена на уплотнительной штанге с возможностью осевого перемещения до размещенного там же ограничителя и выполнена с полостью, которая соединена с отверстием в уплотнительной штанге для подвода рабочей жидкости, при этом штанга выполнена ступенчатой со ступенями разных диаметров в месте размещения опоры (а.с. СССР 266706 от 22.03.69, публ. 01.04.70).

Подвижную опору на ступенчатой уплотнительной штанге в совокупности можно рассматривать как плунжерный гидроцилиндр одностороннего действия с двухсторонним штоком разных диаметров, снабженный уплотнениями подвижных соединений и имеющий в качестве выходного звена корпус гидроцилиндра. Такой гидроцилиндр отличается простотой изготовления, поскольку обработке с точностью, требуемой для обеспечения герметичности, подлежат лишь наружные поверхности штока и шейки (буксы) под шток, вследствие чего отпадает необходимость в обработке внутренней поверхности корпуса (цилиндра) гидроцилиндра. Однако на таком гидроцилиндре никак не может быть реализовано двухстороннее силовое действие.

Известен гидроцилиндр с двухсторонним штоком, у которого исключено появление на наружных поверхностях сторон штока продуктов коррозии, засоления, обрастания и т.п. в одном из крайних положений поршня при эксплуатации гидроцилиндра в агрессивной морской среде (патент РФ N 2153463, заявл. 30.08.1999, опубл, 20.07.2000). Известный гидроцилиндр содержит двухсторонний шток, сопряженный с поршнем и установленный в корпусе с возможностью выхода наружу по обе стороны корпуса, имеющего торцевые цилиндрические шейки, одна из которых имеет длину не менее величины хода гидроцилиндра, при этом диаметры частей штока по разные стороны от поршня либо различны, либо одинаковы. Корпус имеет длину не менее величины двух ходов гидроцилиндра, а двухсторонний шток имеет длину не менее величины трех ходов гидроцилиндра. Гидроцилиндр содержит уплотнения для герметизации подвижных и неподвижных соединений.

Недостатком известного гидроцилиндра является низкая эффективность его использования из-за увеличенной длины (габарита) гидроцилиндра величиной не менее трех значений хода, причем эта длина ограничена технологически возможной максимальной длиной обработки внутренней цилиндрической поверхности минимального диаметра с точностью, требуемой для обеспечения герметичности со стороны длинной шейки корпуса, а также из-за наличия не менее двух длинных расточек внутренней поверхности корпуса, обрабатываемых с точностью, требуемой для обеспечения герметичности, что увеличивает сложность изготовления, т.к. в любом гидроцилиндре с двухсторонним штоком необходимо выдерживать строгую концентричность трех поверхностей - внутренних в одном корпусе (цилиндре) и внешних на поршне и частях штока.

Известный гидроцилиндр с двухсторонним штоком выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности использования гидроцилиндра за счет уменьшения занимаемого им объема при заданном ходе, а также в оптимизации его конструкции для сокращения длины (габарита) гидроцилиндра и упрощения изготовления, в частности, при обеспечении защиты всех подвижных соединений от воздействия внешней среды в выдвинутом положении поршня.

Задача решена тем, что в известном комбинированном гидроцилиндре двухстороннего действия, содержащем цилиндрический корпус, двухсторонний шток с частями разных диаметров, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения с обеспечением контакта с внутренней поверхностью корпуса, в соответствии с изобретением корпус выполнен с днищем, на котором закреплена одна из частей упомянутого штока, а поршень установлен с охватом штока и имеет полость с шейками для взаимодействия с частями поршня разных диаметров, при этом поршень выполнен длиной не менее величины хода гидроцилиндра с обеспечением возможности герметичного контакта с наружными поверхностями штока и внутренней поверхностью корпуса.

Кроме того, протяженность области герметичного контакта на поверхности поршня составляет менее величины хода гидроцилиндра.

Кроме того, протяженность области герметичного контакта на поверхности поршня составляет не менее величины хода гидроцилиндра.

Кроме того, протяженность области герметичного контакта на внутренней поверхности корпуса менее величины хода гидроцилиндра.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования гидроцилиндра за счет обеспечения уменьшения занимаемого им объема (длины) при заданном ходе и упрощения его изготовления за счет минимизации количества длинных расточек внутренней поверхности корпуса, обрабатываемых с точностью, требуемой для обеспечения герметичности.

При этом следует обратить внимание на то, что с увеличением растачиваемого диаметра возрастает абсолютная максимальная длина его расточки при постоянной величине отношения длины расточки к ее диаметру, что одновременно приводит к увеличению максимально реализуемой величины хода гидроцилиндра, обусловленной технологическими возможностями выполнения расточки с заданными параметрами.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой представлен гидроцилиндр двухстороннего действия с двухсторонним штоком в выдвинутом положении поршня; фиг.2 - то же, в убранном положении поршня; фиг.3 - частный пример - гидроцилиндр двухстороннего действия с двухсторонним штоком при выдвинутом положении поршня; фиг.4 - то же, при убранном положении поршня.

Комбинированный гидроцилиндр двухстороннего действия (фиг.1, 2) содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической поверхностью 2 под поршень, которая необходима для обеспечения герметичности в месте контакта поршня с корпусом, и одним торцем 3, поршень 4, двусторонний шток, составленный частями 5 и 6 разных диаметров. Шток размещен в корпусе 1 с возможностью выхода из него наружу по обе стороны. Поршень 4 установлен в корпусе 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения с обеспечением контакта с внутренней поверхностью 2 корпуса 1. Корпус 1 выполнен в виде стакана, один торец 3 которого жестко связан с частью 5 меньшего диаметра двухстороннего штока посредством крепления 7. Поршень 4 выполнен плавающим с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно частей 5, 6 двухстороннего штока и имеет длину не менее величины хода гидроцилиндра. Для подачи рабочей жидкости поршень 4 оснащен полостью 8 с шейками 9, 10 разных диаметров под части штока 5 и 6. Наружная поверхность 11 поршня 4, контактная с внутренней цилиндрической поверхностью 2 корпуса 1, для обеспечения герметичности контакта имеет длину менее величины хода гидроцилиндра, а поверхность 2 имеет длину не менее величины хода гидроцилиндра.

Гидроцилиндр имеет каналы 12, 13 для подвода рабочей жидкости в полости 8, 14, а также уплотнения подвижных и неподвижных соединений (на фиг.1-4 не обозначены).

На поршне 4 выполнен фланец 15, обеспечивающий присоединение элементов других механизмов.

Длина комбинированного гидроцилиндра двухстороннего действия не менее двухкратной величины хода гидроцилиндра.

В исходном (выдвинутом) положении поршня 4 все поверхности, обеспечивающие герметичность, закрыты и защищены от внешних воздействий. При этом внутренняя цилиндрическая поверхность 2 корпуса 1, имеющая наибольший диаметр точной обработки, оказывается длинной внутренней расточкой - единственной из всех цилиндрических поверхностей, которую необходимо обрабатывать с точностью, обеспечивающей герметичность контактов поверхностей.

Модификация комбинированного гидроцилиндра двухстороннего действия представлена на фиг.3, 4. Она отличается от рассмотренного выше гидроцилиндра тем, что внутренняя цилиндрическая поверхность 2 корпуса 1, которая должна обеспечить герметичность сопряжения поршня 4 с корпусом 1, имеет протяженность меньшую, чем величина хода гидроцилиндра, в то время как протяженность наружной поверхности 11 поршня 4 не меньше, чем величина хода гидроцилиндра. Вследствие этого при выдвинутом положении поршня часть поверхности 11 будет открыта и не защищена от внешних воздействий. Но несмотря на это величина реализуемого хода гидроцилиндра может быть существенно увеличена, т.к. в этой модификации исключены длинные внутренние цилиндрические расточки, подлежащие обработке с точностью, требуемой для обеспечения герметичности, что технологически ограничивает максимальную длину расточки.

Комбинированный гидроцилиндр двухстороннего действия работает следующим образом.

Рабочую жидкость под напором подают по каналу 12 в полость 8, а полость 14 через канал 13 соединяют со сливом (фиг.1, 3). Под давлением жидкости поршень 4 из исходного (выдвинутого) положения перемещается внутрь корпуса 1 (вверх). Гидроцилиндр устанавливается в крайнее убранное положение поршня 4 (фиг. 2, 4), при этом свободный объем полости 8 максимален, а полости 14 - минимален.

Рабочую жидкость под напором подают по каналу 13 в полость 14, а полость 8 через канал 12 соединяют со сливом (фиг.2, 4). Поршень 4 из крайнего убранного положения перемещается в исходное (выдвинутое) положение (фиг.1, 3), при этом свободный объем полости 14 максимален, а полости 8 - минимален.

Для ускоренного перемещения поршня 4 из крайнего убранного положения при малой производительности насоса, например во время холостого хода, достаточно сообщить полости 8 и 14 с напором через каналы 12 и 13 (фиг.2, 4), при этом поршень 4 перемещается в исходное (выдвинутое) положение под действием давления жидкости (фиг.1, 3) за счет того, что рабочая площадь поршня 4 со стороны полости 14 превышает рабочую площадь со стороны полости 8. При таком подключении объем рабочей жидкости, подаваемом насосом, определяется разностью рабочих объемов полостей 14 и 8 (рабочий объем каждой из полостей 8 и 14 является разностью между наибольшей и наименьшей величиной замкнутого объема полости за один ход поршня 4).

Для пассивного опускания поршня 4 из любого положения, которое предоставляет такую возможность, достаточно сообщить полости 8 и 14 со сливом через каналы 12 и 13, при этом поршень 4 переходит в исходное (выдвинутое) положение под действием внешней нагрузки (фиг.1, 3).

Заявляемый комбинированный гидроцилиндр позволяет повысить эффективность использования за счет уменьшения занимаемого им объема при заданном ходе и оптимизировать конструкцию за счет усовершенствований геометрической формы и связей корпуса, поршня и двухстороннего штока, упрощающих также изготовление устройства.

Гидроцилиндр предназначен для возвратно-поступательного перемещения выходного звена. Гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, двухсторонний шток с частями разных диаметров, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения с обеспечением контакта с внутренней поверхностью корпуса, при этом корпус выполнен с днищем, на котором закреплена одна из частей упомянутого штока, а поршень установлен с охватом штока и имеет полость с шейками для взаимодействия с частями поршня разных диаметров, при этом поршень выполнен длиной не менее величины хода гидроцилиндра с обеспечением возможности герметичного контакта с наружной поверхностью штока и внутренней поверхностью корпуса. Технический результат - упрощение изготовления устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Комбинированный гидроцилиндр двухстороннего действия, содержащий цилиндрический корпус, двухсторонний шток с частями разных диаметров, поршень, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения с обеспечением контакта с внутренней поверхностью корпуса, отличающийся тем, что корпус выполнен с одним торцом, на котором закреплена одна из частей упомянутого штока, а поршень установлен с охватом штока и имеет полость с шейками для взаимодействия с частями поршня разных диаметров, при этом поршень выполнен длиной не менее величины хода гидроцилиндра с обеспечением возможности герметичного контакта с наружной поверхностью штока и внутренней поверхностью корпуса. 2. Гидроцилиндр по п. 1, отличающийся тем, что протяженность области герметичного контакта на поверхности поршня менее величины хода гидроцилиндра. 3. Гидроцилиндр по п. 1, отличающийся тем, что протяженность области герметичного контакта на поверхности поршня не менее величины хода гидроцилиндра. 4. Гидроцилиндр по п. 1, отличающийся тем, что протяженность области герметичного контакта на внутренней поверхности корпуса менее величины хода гидроцилиндра.