Пневмоцилиндр привода опускной секции конвейера Российский патент 2003 года по МПК F15B15/22 F15B15/24 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к пневматическим исполнительным механизмам, и может быть использовано, например, в пневмоцилиндрах для привода опускных секций подвесных толкающих конвейеров.

Опускные секции с пневмоцилиндром используются в подвесных толкающих конвейерах (ПТК) для перегрузки, например, кузовов легковых автомобилей (или элементов кузова, например пола) с автоматической линии (сварки) на подвесной толкающий конвейер (ПТК), для их последующей транспортировки, при этом перепад высот между осью забора кузова с автоматической линией и осью конвейера может составить от трех до пяти метров. При этом параметры пневмоцилиндра (с использованием полиспастного привода) составят: ход штока - от 1500 до 2500 мм, диаметр поршня = 250 мм и масса - до 300 кг.

Пневмоцилиндры привода опускных секций оснащаются в обязательном порядке устройствами для уменьшения (торможения) скорости перемещения штока при подходе поршня к одной из крышек (торможение осуществляется при движении штока в обоих направлениях), поскольку связанные со штоком перемещаемые массы достаточно велики, (хотя и уравновешены при помощи противовеса) , а соответственно и значительными будут инерционные силы.

При проведении модернизаций, связанных, например, с увеличением перепада высот забора и отправления кузова, штатный пневмоцилиндр с прежним ходом штока демонтируется и заменяется новым с нужным увеличенным ходом.

Однако в реальности подыскать быстро столь большегабаритный пневмоцилиндр с данным диаметром и с необходимым ходом из имеющихся в наличии стандартных (по ГОСТ) пневмоцилиндров не всегда представляется возможным.

Поэтому обычно находят пневмоцилиндр с несколько увеличенным (по отношению к требуемому) ходом и путем подрезки торцов гильзы, штока шпилек (стяжек) обеспечивают необходимый ход штока, при этом путь для следующего изменения хода, например увеличения его для данного цилиндра, будет отрезан так же, как и ошибка в правильности определения хода исключается.

Известен пневмоцилиндр по ГОСТ 15608-87, включающий гильзу, закрытую по торцам передней и задней крышками, шток с поршнем и тормозными втулками, входящими в соответствующие гнезда крышек при подходе поршня к одной из крышек в конце его хода.

Основной недостаток данного пневмоцилиндра - отсутствие возможности значительного увеличения его хода путем каких-либо доработок.

Единственным, значительным резервом увеличения хода для данного цилиндра является уменьшение ширины поршня (с сохранением площади контакта поршня с гильзой, задающей направление движения) путем установки в место большегабаритных резиновых манжет по ГОСТ 6678 малогабаритного резинофторопластового уплотнения, описанного в изобретении по патенту № 922372, F 16 J 9/00 "Уплотнение поршня".

Использование данного типа уплотнений дает возможность уменьшить ширину поршня приблизительно на 40%, что соответствует на практике 20...30 мм, т.е. добавить к имеющемуся уже конкретному ходу пневмоцилиндра еще 20-30 мм. К недостаткам данного пневмоцилиндра также можно отнести значительную трудоемкость изготовления нового укороченного поршня и доработки штока (укорачивание и проточка посадочного места под поршень и тормозные втулки, а также нарезку резьбы на его конце).

Известен цилиндр по патенту на изобретение № 1052743, F 15 В 15/24, включающий шток с поршнем, гильзу (корпус), переднюю и заднюю крышки, упор, прикрепленный вдоль оси цилиндра к задней крышке.

Недостатками представленного цилиндра являются:

1. Отсутствие тормозных устройств в конструкции для обеспечения замедления скорости в конце хода поршня, поэтому при высоких скоростях перемещения штока могут возникать значительные удары поршня о крышки.

2. Низкая надежность вследствие наличия дополнительного подвижного уплотняемого стыка упор-шток. Таким образом, при износе уплотнения в процессе эксплуатации в данной уплотняемой паре (шток-упор) произойдет потеря герметичности.

3. Высокая трудоемкость изготовления цилиндра, вследствие того, что он является специальным, т.к. в нем не используются детали из стандартизованного цилиндра, а также вследствие изготовления упора, полого штока.

4. Высокие удельные давления, возникающие в местах контакта шарика с торцом упора.

5. При вертикальном (штоком вверх) монтаже цилиндра шарики будут перекатываться внутри штока, создавая при этом шум и разбивая направляющие и торцы упора.

6. При достаточно больших ходах цилиндра (до 2500 мм) и больших диаметрах поршня (250 мм) упор, входящий в полость штока, должен быть такого диаметра при данной длине, чтобы обеспечить достаточную его жесткость. Таким образом, упор будет достаточно массивным, что ведет к увеличению веса всего цилиндра.

7. Сложность конструкции обусловлена наличием длинногабаритного и массивного упора, который необходимо еще уплотнить со штоком, поэтому его наружная уплотняемая поверхность должна иметь высокую чистоту обработки и жесткие требования к отклонениям геометрических размеров по профилю сечения и по длине.

К недостатку необходимо отнести еще и то, что изменение хода штока можно производить не плавно, а ступенчато с жестким шагом, равным величине диаметра шарика, что в большинстве случаев не приемлемо.

Известен цилиндр по а.с. № 1211486, МКИ F 15 В 15/22, принятый за прототип и включающий гильзу (авторы называют ее корпус), шток, поршень, крышки, устройство для торможения поршня в конце хода, упор для изменения хода цилиндра.

Недостатками данной конструкции являются:

1. Отсутствие возможности регулирования скорости торможения при перемещении штока на "выдвижение".

2. Сложность конструкции в связи с наличием таких деталей как шайба, пружина, регулируемый упор, винт для регулировки извне, уплотнение винта для недопущения наружной разгерметизации, уплотнение упора, контргайки.

3. Гидроцилиндр с данным тормозным устройством является чисто специальным и не включает в себя стандартизованных элементов (кроме уплотнительных колец), таким образом, трудоемкость его изготовления и, соответственно, стоимость будет достаточно большой.

4. Наружная регулировка хода поршня цилиндра (извне) предполагает наличие герметизируемого элемента в паре винт - крышка задняя, что в значительной степени снижает надежность узла.

5. При подаче давления в штоковую полость и соприкосновении шайбы с регулируемым упором (площадь контакта упора по сравнению, например, с площадью поршня очень незначительна) будет возникать достаточно большое контактное усилие (зависит прямо пропорционально от величины давления в штоковой полости и массы связанных со штоком подвижных частей, а также зависит в обратно пропорциональной зависимости от площади кольцевого контакта упора с шайбой). Причем увеличение кольцевой площади упора для снижения контактного усилия ограничено применением регулировочного винта и наружным диаметром шайбы (и, соответственно, диаметром штока).

Повышенное контактное усилие напрямую сказывается на надежности и долговечности цилиндра в целом.

6. Данная конструкция цилиндра не предполагает значительного изменения хода без значительного увеличения габаритов цилиндра (увеличенный внешний вылет винта, увеличенная ширина задней крышки для размещения удлиненного для этой цели упора).

Таким образом, имея достаточно сложную конструкцию и низкую надежность, при практически полном отсутствии стандартизированных элементов, прототип имеет достаточно узкую область применения по причине небольшого диапазона трансформации хода.

Технической задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является расширение области использования данного пневмоцилиндра, например, в широкой гамме ходов опускных секций конвейеров, уменьшение номенклатуры пневмоцилиндров, повышение надежности путем упрощения конструкции.

Для решения поставленной технической задачи в пневмоцилиндре привода опускной секции конвейера, содержащем гильзу, шток, поршень, крышки, устройство для торможения поршня в конце хода, упор для изменения величины хода выполнен в виде полого бесфланцевого цилиндра с наружным диаметром, меньшим диаметра поршня (для увеличения площади контакта с поршнем), а величина внутреннего диаметра больше наружного диаметра входящей в него тормозной втулки (для использования штатного тормозного гнезда стандартной крышки), при этом на наружном диаметре выполнены сквозные окна (используются для лучшего подвода и выравнивания давления при выходе штока (поршня) из зоны торможения, а также для удобства проведения сборки (разборки) болтового соединения (шпилька-гайка) с помощью ключа (фланцевое соединение влечет увеличение массы).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что упор выполнен в виде жестко прикрепленного к задней крышке полого цилиндра с внутренним диаметром, большим диаметра входящей в него тормозной втулки, и с величиной наружного диаметра, меньшей диаметра поршня, при этом на наружной поверхности упора в зоне пристыковки к задней крышке выполнены сквозные окна.

Таким образом, заявляемый объект соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.

На фиг. 1 изображен пневмоцилиндр опускной секции конвейера, общий вид.

На фиг. 2 изображена кинематическая схема полиспастного привода опускной секции с помощью данного пневмоцилиндра.

Пневмоцилиндр привода опускной секции конвейера содержит гильзу 1, шток 2, поршень 3, крышку переднюю 4, крышку заднюю 5, устройство для торможения поршня в конце его хода, включающее гнезда 6 и 7 и регулируемые дроссели 8 и 9, выполненные в крышках 4 и 5 соответственно и попеременно входящие в гнездо соответствующие тормозные втулки 10 и 11, упор 12 с несколькими окнами 13 (изображено одно окно). Упор 12 прикреплен к крышке задней 5 через окна 13 (при помощи, например, шпилек с гайками). Пневмоцилиндр также содержит штоковую полость 14 и поршневую полость 15. Выполнение в упоре 12 окон 13 и применение вместо винтов шпилек с гайками позволило отказаться от фланцевого исполнения упора 12, что значительно уменьшает его массу и цилиндра в целом, а также уменьшает контактное усилие поршня на кольцевую площадь упора, поскольку при бесфланцевом исполнении упора увеличивается кольцевая контактная его площадь.

Необходимо также отметить, что предлагаемый пневмоцилиндр включает в себя (кроме упора 12 и одной из тормозных втулок 11) исключительно стандартизированные детали из пневмоцилиндра по ГОСТ 15608-81, в том числе и шток, гильзу и стяжные шпильки, длинновые размеры которых обеспечивают определенную величину хода из ряда ходов, оговоренных вышеупомянутым ГОСТом.

Например, для пневмоцилиндра с диаметром поршня 250 мм и наличием устройства для торможения в конце хода ряд ходов имеет вид, мм: 125, 160, ..., 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500.

Однако не всегда представленные величины ходов пневмоцилиндра удовлетворяют требуемым. Как правило, требуемые хода находятся где-то между представленными значениями.

Поэтому для обеспечения необходимого хода выбирают пневмоцилиндр с ближайшим увеличенным ходом и путем установки на крышку заднюю 5 упора 12 определенной высоты и удлиненной (по сравнению со стандартной) тормозной втулки 11 (длина втулки 11 увеличена на величину, равную высоте упора 12) добиваются желаемого хода.

Таким образом, упор 12 в предлагаемом пневмоцилиндре служит ограничителем хода для поршня 3 и резервом для последующего увеличения хода этого же пневмоцилиндра (без увеличения исходных габаритов его) путем уменьшения высоты упора 12 с одновременным сохранением скорости торможения путем взаимодействия вышеупомянутой тормозной втулки 11 с гнездом стандартизированной задней крышки 5 (при увеличении хода пневмоцилиндра уменьшение длины тормозной втулки 11 обеспечивается на ту же величину, что и уменьшение высоты упора 12).

Определение хода пневмоцидиндра опускной секции конвейера, как правило, является разовой акцией и последующие подрегулировки хода в процессе работы опускной секции не требуются.

Работа пневмоцилиндра привода опускной секции конвейера сводится к следующему.

В исходном положении шток 2 втянут, поршень 3 своим торцом упирается в торцевую поверхность упора 12, тормозная втулка 11 находится в гнезде 7 крышки задней 5.

При подаче давления сжатого воздуха в поршневую полость 15 с одновременным стравливанием воздуха со штоковой полости 14 и при достижении его величины до определенного значения, достаточного для преодоления сил, приложенных к штоку (внешних: массы, связанные со штоком, трение в механизмах, внутренних сил: трение внутри цилиндра), поршень 3 будет перемешаться вверх (по чертежу) с определенной заданной скоростью.

При подходе поршня 3 к крышке передней 4 скорость перемещения штока 2 (наблюдается визуально) будет замедляться по мере вхождения тормозной втулки 10 в гнездо 6 крышки передней 4 до величины, равной величине скорости торможения в конце хода штока 2 на "выдвижение" (определяется настройкой дросселя 8, встроенного в крышку переднюю 4).

При этом расстояние, пройденное поршнем 3 до соприкосновения последним торца крышки передней 4, равно ходу L пневмоцилиндра.

Для быстрого заполнения поршневой полости в первоначальный момент времени в обход дросселя 9 и выравнивания давления в упоре 12 выполнены сквозные окна 13. Наличие упора 12 в поршневой полости 15 увеличивает объем, участвующий в процессе торможения, а значит улучшает качество торможения (более мягкое торможение).

При подаче давления сжатого воздуха в штоковую полость 14 (одновременно с поршневой полости 15 воздух стравливается) и по достижении его величины до значения, достаточного для преодоления усилий, приложенных к штоку (силы трения в самом цилиндре и в механизмах, массы, связанные со штоком), шток 2 (поршень 3) будет перемещаться с определенной заданной скоростью вниз (по чертежу).

При подходе поршня 3 к упору 12 скорость перемещения штока 2 будет замедляться по мере вхождения тормозной втулки 11 в гнездо 7 крышки задней 5, при этом скорость торможения будет определяться настройкой дросселя 9 (встроен в крышку заднюю 5).

Расстояние, пройденное поршнем 3 до соприкосновения его торцевой поверхностью с торцом упора 12, будет равняться ходу L данного пневмоцилиндра.

Для увеличения хода L пневмоцилиндра на определенную величину на такую же величину укорачивают высоту упора 12 и длину тормозной втулки 11, предварительно демонтировав крышку заднюю 5.

Данная конструкция пневмоцилиндра привода опускной секции конвейера приемлема и обоснована, когда существует острая необходимость в быстром изменении (увеличении) хода пневмоцилиндра, а соответственно, и опускной секции, но пневмоцилиндра с данным ходом нет в наличии, при этом его изготовление очень трудоемко и может занять достаточно большой промежуток времени, что недопустимо в конвейерном оборудовании, т.к. влечет за собой огромные потери от простоев и прочих временных альтернативных вариантов транспортирования.

Таким образом, предлагаемая конструкция пневмоцилиндра привода опускной секции конвейера дает возможность:

1. Оперативно решать вопросы, связанные с увеличением хода опускной секции конвейера при минимальных затратах за счет применения в конструкции пневмоцилиндра упора, имеющего возможность уменьшать свою длину. Это в свою очередь расширяет область использования пневмоцидиндра на опускных секциях с широкой гаммой ходов.

2. Повысить надежность конструкции за счет упрощения конструкции (по сравнению с прототипом).

3. Свести к минимуму номенклатуру существующих пневмоцилиндров, что повышает ремонтообеспеченность пневмоцилиндрами.

Пневмоцилиндр предназначен для привода опускных секций подвесных толкающих конвейеров. Пневмоцилиндр содержит гильзу, шток, поршень, крышки переднюю и заднюю, устройство для торможения поршня в конце его хода, упор для изменения величины хода, размещенный на задней крышке. Упор выполнен в виде жестко прикрепленного к задней крышке полого цилиндра с внутренним диаметром, большим диаметра входящей в него тормозной втулки, и величиной наружного диаметра, меньшей диаметра поршня, при этом на наружной поверхности упора в зоне пристыковки к задней крышке выполнены сквозные окна. Технический результат - повышение надежности, расширение области использования данного пневмоцилиндра. 2 ил.

Пневмоцилиндр привода опускной секции конвейера, содержащий гильзу, шток, поршень, крышки переднюю и заднюю, устройство для торможения поршня в конце его хода, упор для изменения величины хода, размещенный на задней крышке, отличающийся тем, что упор выполнен в виде жестко прикрепленного к задней крышке полого цилиндра с внутренним диаметром, большим диаметра входящей в него тормозной втулки, и величиной наружного диаметра, меньшей диаметра поршня, при этом на наружной поверхности упора в зоне пристыковки к задней крышке выполнены сквозные окна.