УСТРОЙСТВО ПОГЛОЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ЦИЛИНДРОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИИ АБРАЗИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАБОЧИХ СРЕД Российский патент 2005 года по МПК E21D15/44 F16J15/56 

Изобретение относится к устройствам защиты от попадания грязи в зону трения поршня с цилиндром, штока с направляющей втулкой гидравлических и пневматических устройств, трубопроводной арматуры.

Известно выполнение устройства поглощения твердых частиц гидравлических и пневматических цилиндров, работающих в условии абразивного загрязнения рабочих сред (УПТЧГПЦ) гидроцилиндра в виде кольцевых грязепоглощающих элементов (ГПЭ) из эластичного пористого проницаемого материала открытоячеистой структуры, которые устанавливают в канавки поршня со стороны его торцов (см. а.с.1134725 СССР (Панчеха Ю.С. и др.), МКИ E 21 D 15/44, БИ 2, 1985 г.).

Недостатком УПТЧГПЦ является сложность (приклеивание) и низкая надежность закрепления в канавке (поршня) ГПЭ.

Известно также выполнение УПТЧГПЦ гидроцилиндра в виде кольцевого каркаса П-образного сечения со сквозным наклонным разрезом, в котором установлен и закреплен нитью, через отверстия на боковых стенках каркаса, ГПЭ из эластичного пористого проницаемого материала открытоячеистой структуры, который устанавливают в канавки поршня со стороны его торцов (см. а.с.1273580 СССР, (Панчеха Ю.С. и др.), МКИ E 21 D 15/44, БИ 44, 1985 г.).

Данное УПТЧГПЦ имеет преимущество перед описанным выше аналогом, т.к. кольцевые ГПЭ предварительно закреплены с помощью нити в каркасах П-образного сечения со сквозным наклонным разрезом, что во многих случаях позволяет ускорить их установку и замену при ремонте.

Недостатком УПТЧГПЦ является: сложность изготовления (прошивка ГПЭ), сложность в установке разрезного каркаса в канавку поршня (большого диаметра). При ремонте необходимо заменять полностью блок "каркас-ГПЭ". Нить создает перенапряжение непрочных перемычек поропласта и может "прорезать" последние при эксплуатации, что приводит к выходу из строя ГПЭ. Применение эластичных материалов, как пенополиуретана, обеспечивает работоспособность в узком диапазоне температур 0...+50°С. Функциональные возможности устройства ограничены, его нельзя использовать при более высоких температурах до 200...500°С. Регенерация затруднена из-за повреждения ГПЭ.

Задачами изобретения являются упрощение конструкции, изготовления, установки, замены ГПЭ; повышение долговечности ГПЭ за счет уменьшения его повреждаемости элементами прикрепления к каркасу; расширение функциональных возможностей; обеспечение многократной регенерации.

Технический результат достигается тем, что в устройстве поглощения твердых частиц, состоящем из кольцевого каркаса, в котором установлен и закреплен устройством прикрепления грязепоглощающий элемент с открытой рабочей частью из эластичного пористого проницаемого материала открытоячеистой структуры, грязепоглощающий элемент выполнен в виде ленты прямоугольного сечения, а устройство прикрепления выполнено в виде элементов на внутренней поверхности боковых стенок каркаса, направленных внутрь грязепоглощающего элемента, при этом высота и ширина ленты в недеформированном состоянии выполнены с большими размерами, чем высота и ширина сечения каркаса, кроме того:

- сечение каркаса имеет П-образную форму или

- каркас выполнен в виде пары колец,

- устройство прикрепления выполнено в виде шипообразных элементов, которые обращены друг к другу или направлены внутрь от открытой рабочей части грязепоглощающего элемента, или в виде жестких щетинообразных элементов, или в виде жестких щетинообразных элементов на носителе, расположенных перпендикулярно к боковой поверхности каркаса и обращенных друг к другу,

- устройство прикрепления выполнено в виде щетинообразных элементов - "липучки" с крючками на концах на носителе, обращенных друг к другу,

- лента грязепоглощающего элемента выполнена с прямыми концами и установлена в каркасе с их перекрытием внахлест или с наклонными к оси концами и установлена в каркасе с плотным их прилеганием встык,

- каркас выполнен минимум из двух частей, например, J-образной формы со стороны боковых стенок, с возможностью их соединения в одно целое устройством скрепления, выполненным, например, в виде зигзагообразных стопорящих ступеней на линейных соединяющихся участках боковых стенок каркаса,

- грязепоглощающий элемент выполнен из материала типа "войлок" из металлических или неметаллических волокон, или из спиралей проволоки "металлорезина", из проволоки "путанка", из металлических плетеных или тканевых сеток.

Сущность изобретения заключается в применении устройств прикрепления, которые не требуют необходимости сложных операций по установке и замене ГПЭ и обеспечивают качественное его удержание при работе. Применение проницаемых волокнистых и проволочных фильтроматериалов расширяют функциональные возможности применения УПТЧ для различных температур и рабочих сред.

Краткое описание фигур чертежей.

На фиг.1 показан разрез УПТЧГПЦ при установке его в поршень гидроцилиндра. На фиг.2, 3 показан вид А на фиг.1 - выполнение концов ленты ГПЭ. На фиг.4 показан вид Б на фиг.1 - выполнение кольцевого каркаса составным. На фиг.5 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде шипообразных элементов, направленных внутрь от открытой рабочей поверхности. На фиг.6 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение каркаса в виде пары колец. На фиг.7 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде шипообразных элементов, направленных внутрь от рабочей поверхности и выполнение каркаса в виде пары колец. На фиг.8 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде щетинообразных элементов. На фиг.9 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде щетинообразных элементов на носителе, который прикрепляется к каркасу. На фиг.10 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде «липучки» с крючками на концах щетинок.

УПТЧГПЦ состоит из кольцевого каркаса 1, в котором установлен и закреплен устройством прикрепления (УП) 2 ГПЭ 3 с открытой рабочей поверхностью (ОРЧ) 4 из эластичного пористого проницаемого материала открытоячеистой структуры. ГПЭ 3 выполнен в виде ленты прямоугольного сечения, а устройство прикрепления 2 выполнено в виде элементов 5 на внутренней поверхности боковых стенок 6 каркаса 1, направленных внутрь ГПЭ 3. Высота и ширина ленты, в недеформированном состоянии, выполнены с большими размерами, чем высота и ширина внутреннего пространства сечения каркаса 1. УШЧГПЦ гидроцилиндра 7 устанавливается в канавку 8 поршня 9 с уплотнительным 10 и центрирующим 11 элементами. Сечение каркаса 1 имеет П-образную форму (фиг.1, 5) или выполнено в виде пары колец (фиг.6...9).

УП 2 выполнено в виде шипообразных элементов 5 (фиг.1, 5, 6, 7), которые обращены друг к другу или направлены внутрь от ОРЧ 4 ГПЭ 3 (фиг.5, 7), или в виде жестких щетинообразных элементов 5 (фиг.8), или в виде жестких щетинообразных элементов 5 на носителе 12 (фиг.9), расположенных перпендикулярно к боковой поверхности каркаса 1 и обращенных друг к другу. Носитель 12 прикрепляется к боковой поверхности 6 каркаса 1 крепежным элементом 17 (скобой, нитью, штифтом, шурупом, винтом, грибовидным выступом-фиксатором на боковой поверхности каркаса 1, который может входить в отверстие носителя 12 и т.д.). УП 2 может быть выполнено в виде щетинообразных элементов - "липучки" 5 с крючками на концах на носителе 12 (фиг.9, 10).

Лента ГПЭ 3 может быть выполнена с прямыми концами 13 и установлена в каркасе 1 с их перекрытием внахлест (фиг.2) или с наклонными к оси концами 14 (фиг.3) и установлена в каркасе 1 с плотным.

Каркас 1 может быть выполнен цельным, с одним сквозным наклонным разрезом профиля, а также составным (минимум из двух частей), например, J-образной формы со стороны боковых стенок 15, с возможностью их соединения в одно целое устройством скрепления 16, выполненным, например, в виде зигзагообразных стопорящих ступеней на линейных соединяющихся участках боковых стенок каркаса (фиг.4).

В УПТЧГПЦ для ГПЭ 3 могут быть использованы, наряду с известным открытоячеистым пенополиуретаном марок ППУ ЭО-100, ППУ ЭО-130, высокопористый проницаемый материал типа "войлок", из неметаллических волокон, например из фторопласта 4, из металлических волокон, например, из латуни (см. Косторнов А.Г. Проницаемые металлические волокновые материалы. - К.: Техника, 1983, 127 с.). Может быть использован проницаемый материал из спиралей проволоки типа "металлорезина" (МР) (см. Пористые проницаемые материалы. Справочник. Под ред. Белова С.В. - М.: Металлургия, 1987, с.256). Может быть использован проницаемый материал из проволоки "путанка". Может быть использован проницаемый материал из металлических плетеных сеток (см. там же с.208), из металлических тканевых сеток (см. там же с.234).

Для волокон, проволоки материала ГПЭ 3 может быть использован антифрикционный, коррозионностойкий материал, например медесодержащий сплав (латунь, бронза) - не вызывает повреждения цилиндра, т.к. латунь, бронза менее твердые, чем сталь (доб. автором).

УПТЧ работает следующим образом.

Каркас 1 устанавливают в канавку 8 поршня 9 (фиг.1). Затем во внутреннее пространство каркаса 1 устанавливают ГПЭ 3, при этом деформируют боковые стороны ленты ГПЭ 3, ширина и высота которой в недеформированном состоянии на 20...50% больше, чем размеры в деформированном состоянии. Устройство прикрепления 2 в виде шипообразных элементов 5 своими остриями врезаются в деформированный ГПЭ 3 и надежно удерживают его в процессе сборки и работы, когда поршень 9 совершает возвратно-поступательные движения. Выполнение направления шиловидных элементов 5 от открытой рабочей части 4 исключает соскальзывание ГПЭ 3 с них при работе. УПТЧГПЦ всегда располагают перед уплотнительным 10, центрирующим 11 элементами поршня 9 со стороны рабочей среды. При установке и работе с зеркалом цилиндра 7 создаются большие натяги со стороны ГПЭ 3 (эластичные перемычки от пор) при крайне низком значении удельного контактного давления. Основная масса абразивных частиц отталкивается и счищается с зеркала (поверхности трения) цилиндра 7 ГПЭ 3. Незначительная часть твердых частиц может попадать в зону контакта ГПЭ 3 с зеркалом цилиндра 7, но на них действуют низкие усилия со стороны ГПЭ 3 и они не могут произвести абразивное воздействие на зеркало цилиндра 7. Твердые частицы западают в открытые поры ГПЭ 3 и полностью выводятся из контакта за счет колебательного движения открытой рабочей части 12 ГПЭ 3, вызванного силами трения. ГПЭ 3 обладает способностью поглощать в себя большое количество твердых частиц до 60-80% объема свободного порового пространства ГПЭ 3 в деформированном состоянии. Объем связанных друг с другом проницаемых пор составляет 95...97% объема материала в недеформированном состоянии. Применение в качестве устройства прикрепления ГПЭ 3 шипообразных элементов 5 позволяет ускорить процесс установки и смены ГПЭ 3 и обеспечить надежное его удержание в каркасе 1 при работе. При установке в каркас 1 ГПЭ 3 с прямыми концами 13 с их перекрытием внахлест (фиг.2) нет необходимости в элементах скрепления концов 13, так как при такой конструкции каждый конец 13 деформируется в два раза больше, чем остальная часть ГПЭ 3, что обеспечивает увеличение сил трения между ними и с внутренней поверхностью 4 каркаса 1. Лента ГПЭ 3 может быть выполнена и с наклонными к оси концами 14 с плотным их прилеганием встык по наклонным поверхностям концов 14 (фиг.3). В данном случае обеспечивается непрерывность открытой рабочей поверхности 12 для исключения проникновения твердых частиц через ГПЭ 3, а удержание ГПЭ 3 осуществляется за счет шипообразных элементов 2 каркаса 1. Для поршня 9 с большим диаметром может оказаться невозможным установка УПТЧ в канавку 8 закрытой кольцевой проточки. В таком случае используют каркас 1, который состоит из двух и более разобранных частей, которые собираются и фиксируются в одно целое в канавке 8 поршня 9. Конструкция сборно-разборного каркаса 1 (фиг.4) позволяет быстро установить две одинаковые J-образные части 15 в канавку 8, причем зигзагообразные стопорящие ступени 16 на разрезе боковой стенке 6 не позволяют самопроизвольно расстыковаться частям 15 и обеспечивают их надежное удержание в процессе эксплуатации. J-образная форма частей 15 каркаса 1 со стопорящими элементами 16 позволяет обеспечить унификацию конструкции (части 15 одинаковы и взаимозаменяемы). 3атем устанавливают ГПЭ 3, который удерживается в каркасе 1 пилообразными элементами 5. При замене ГПЭ 3 сжимают концы 13, 14 и выводят из каркаса 1, затем последовательно сжимают и отводят от шипообразных элементов 2 части ГПЭ 3 от концов 13, 14 и далее и выводят их из каркаса 1.

Выполнение каркаса 1 в виде пары колец упрощает их сборку, т.к. кольца могут иметь фиксирующие элементы (защелки всевозможные, когда они составные)), которые приводят в действие фиксации после установки в канавку 8 поршня 9. Смещением колец каркаса 1 навстречу друг друга обеспечивают сжатие ГПЭ 3 и глубокое врезание шипообразных элементов 5 в ГПЭ 3, что обеспечивает надежное удержание ГПЭ 3 при эксплуатации, в дальнейшем кольца отпускают и под действием упругих сил со стороны сжатого ГПЭ 3 они плотно прижимаются к боковым поверхностям 6 колец каркаса 1. Применение щетинообразных элементов 5 обеспечивает большую площадь контакта множества щетинок с перемычками пористого материала ГПЭ 3, при этом в отличие от шипообразных элементов не повреждается и не перенапрягается материал ГПЭ 3, т.к. щетинки действуют мягко на тонкие перемычки пористого материала, не повреждая его, и способствуют длительной его эксплуатации. Удельные усилия удержания материала ГПЭ 3 со стороны щетинок крайне малы (общее усилие значительно за счет множества щетинок), что не может привести к разрушению перемычек пористого материала. Применение щетинообразных элементов 5 на носителе 12 (фиг.9, 10) упрощает технологию изготовления и позволяет прикрепить носитель 12 механически (скобой 17) к кольцу каркаса 1 или другим способом к боковой поверхности 6. Выполнение щетинообразных элементов 5 (фиг.10) в виде щетины - "липучки" с крючками на концах щетинок обеспечивает очень прочное сцепление последних с ГПЭ 3 и длительную эксплуатацию УПТЧГПЦ.

Использование в качестве ГПЭ проницаемых пористых волокнистых полимерных материалов типа "войлок", например, из фторопласта, позволяет поднять рабочую температуру ГПЭ до 200°С, а применение металлических волокнистых материалов расширяет еще более температурные границы эксплуатации ГПЭ. Использование проницаемых проволочных материалов на основе плетеных, тканых сеток, спиралей (МР) позволяют обеспечить любую пористость, размер пор, рабочую температуру ГПЭ, обладают высокой износостойкостью, коррозионной стойкостью, антифрикционными свойствами. Эти материалы, как и МР, могут быть с упругими (эластичными) свойствами (доп.авт.) из проволоки с упругими свойствами, поэтому о них идет речь. Следует отметить, что вышеперечисленные материалы не использовались ранее в качестве ГПЭ, а применялись при фильтрации, демпфировании вибрации (МР). Данные материалы могут быть в ряде случаев регенерированы путем выжигания твердых частиц.

Применение УПТЧГПЦ позволяет снизить абразивную активность твердых частиц, не допустить их в зону трения уплотнительного и направляющего элемента, частично поглотив в себя. Упрощена конструкция УПТЧГПЦ, процесс установки, фиксации и замены при ремонте ГПЭ, что обеспечивает длительную эксплуатацию УПТЧГПЦ. Применение волокнистых и проницаемых проволочных материалов позволяет расширить функциональные возможности использования УПТЧ и применять его для работы в более широком температурном диапазоне и в агрессивных средах.

Данное техническое решение может быть использовано в машиностроении в гидро-, пневмоцилиндрах, работающих в условиях абразивного загрязнения рабочих сред.

На фиг.1 показан разрез УПТЧГПЦ при установке его в поршень гидроцилиндра. На фиг.2, 3 показан вид А на фиг.1 - выполнение концов ленты ГПЭ. На фиг.4 показан вид Б на фиг.1 - выполнение кольцевого каркаса составным. На фиг.5 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде шипообразных элементов направленных внутрь от открытой рабочей поверхности. На фиг.6 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение каркаса в виде пары колец. На фиг.7 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде шипообразных элементов направленных внутрь от открытой рабочей поверхности и выполнение каркаса в виде пары колец. На фиг.8 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде щетинообразных элементов. На фиг.9 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде щетинообразных элементов на носителе, который прикрепляется к каркасу. На фиг.10 показан разрез УПТЧГПЦ и выполнение устройства прикрепления в виде "липучки" с крючками на концах щетинок.

Изобретение относится к устройствам защиты от попадания грязи в зону трения поршня с цилиндром, штока с направляющей втулкой гидравлических и пневматических устройств. Обеспечивает упрощение конструкции, изготовления, установки и замены грязепоглощающего элемента, повышение его долговечности, расширение функциональных возможностей. Устройство состоит из кольцевого каркаса, в котором установлен и закреплен устройством прикрепления грязепоглощающий элемент с открытой рабочей частью из эластичного пористого проницаемого материала открытоячеистой структуры. Грязепоглощающий элемент выполнен в виде ленты прямоугольного сечения. Устройство прикрепления выполнено в виде элементов на внутренней поверхности боковых стенок каркаса, направленных внутрь грязепоглощающего элемента. Высота и ширина ленты выполнены с большими размерами, чем высота и ширина сечения каркаса, 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство поглощения твердых частиц, состоящее из кольцевого каркаса, в котором установлен и закреплен устройством прикрепления грязепоглощающий элемент с открытой рабочей частью из эластичного пористого проницаемого материала открытоячеистой структуры, отличающееся тем, что грязепоглощающий элемент выполнен в виде ленты прямоугольного сечения, а устройство прикрепления выполнено в виде элементов на внутренней поверхности боковых стенок каркаса, направленных внутрь грязепоглощающего элемента, при этом высота и ширина ленты в недеформированном состоянии выполнены с большими размерами, чем высота и ширина внутреннего сечения каркаса.2. Устройство поглощения твердых частиц по п.1, отличающееся тем, что сечение кольцевого каркаса имеет П-образную форму.3. Устройство поглощения твердых частиц по п.1, отличающееся тем, что каркас выполнен в виде пары колец.4. Устройство поглощения твердых частиц по п.2 или 3, отличающееся тем, что устройство прикрепления выполнено в виде шипообразных элементов, которые обращены друг к другу или направлены внутрь от открытой рабочей части грязепоглощающего элемента.5. Устройство поглощения твердых частиц по п.3, отличающееся тем, что устройство прикрепления выполнено или в виде жестких щетинообразных элементов, или в виде жестких щетинообразных элементов на носителе, расположенных перпендикулярно боковой поверхности каркаса и обращенных друг к другу.6. Устройство поглощения твердых частиц по п.3, отличающееся тем, что устройство прикрепления выполнено в виде щетинообразных элементов - «липучки" с крючками на концах на носителе, обращенных друг к другу.7. Устройство поглощения твердых частиц по п.1, отличающееся тем, что лента грязепоглощающего элемента выполнена с прямыми концами и установлена в каркасе с их перекрытием внахлест.8. Устройство поглощения твердых частиц по п.1, отличающееся тем, что лента грязепоглощающего элемента выполнена с наклонными к оси ленты концами и установлена в каркасе с плотным их прилеганием встык.9. Устройство поглощения твердых частиц по п.2, отличающееся тем, что каркас выполнен минимум из двух частей, например, J-образной формы со стороны боковых стенок с возможностью их соединения в одно целое устройством скрепления, выполненным, например, в виде зигзагообразных стопорящих ступеней на линейных соединяющихся участках боковых стенок каркаса.10. Устройство поглощения твердых частиц по п.1, отличающееся тем, что грязепоглощающий элемент выполнен из материала типа "войлок" из металлических или неметаллических волокон, или из спиралей проволоки "металлорезина", из проволоки "путанка", из металлических плетеных или тканевых сеток.