ГИДРОЦИЛИНДР Российский патент 2008 года по МПК F15B15/14 F15B15/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и гидравлике, а именно к гидроцилиндрам, располагаемым на автомобильных кранах, кранах-манипуляторах. Изобретение может быть использовано для изготовления гидроцилиндров для перемещения выдвижных секций стрелы, гидроцилиндров выдвижения выносных опор, гидроцилиндров вывешивания, гидроцилиндров изменения вылета стрелы крана или стрелы крана-манипулятора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

Известно большое количество аналогов заявленного изобретения как отечественной, так и зарубежной разработки. Так, аналогичные гидроцилиндры, описанные в RU 2219381, RU 2219382, RU 2219383 и других источниках, могут работать в условиях действия изгибающих нагрузок. Однако они не предназначены для передачи крутящего момента.

Из числа известных аналогов заявляемого технического решения ближайшим (прототипом) может служить гидроцилиндр двухстороннего действия для выдвижения секций многозвенной стрелы автомобильного крана КС-59711 (Руководство по эксплуатации КС-59711.00.000 РЭ). Указанный гидроцилиндр содержит корпус, поршень, шток, проушины, уплотнения.

Недостатками гидроцилиндра являются:

i. низкая устойчивость изгибу.

ii. отсутствие передачи крутящего момента, приложенного к проушинам гидроцилиндра.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Задачей настоящего изобретения являются повышение прочностных характеристик гидроцилиндров.

В соответствии с изобретением поставленная задача достигается тем, что заявляемый гидроцилиндр содержит корпус, поршень, шток, проушины, уплотнения и от прототипа отличается тем, что корпус выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра, поршень выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра и шток выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра и в поперечном сечении границы корпуса, штока и поршня описываются уравнением: х²/а²+y²/в²=1,

где а - длина большой полуоси эллипса;

в - длина малой полуоси эллипса,

и для границ корпуса, штока и поршня, выполняется условие:

а/в=1.8...2.7.

Техническими результатами являются:

i. Повышенная устойчивость изгибу в продольной плоскости гидроцилиндра, проходящей через большие полуоси наружных границ поперечных сечений корпуса, поршня и штока гидроцилиндра.

ii. Предотвращение вращения поршня в корпусе относительно продольной оси, что обеспечит восприятие гидроцилиндром крутящего момента, приложенного к проушинам.

Для корпуса гидроцилиндра большая полуось эллипса составляет величину из диапазона от 0.5 м до 0.05 м. Толщина корпуса составляет величину от 0.002 м до 0.02 м.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ.

Сущность изобретения поясняется чертежами Фиг.1-6, где изображены: продольное сечение заявляемого гидроцилиндра, поперечное сечение А-А гидроцилиндра, сечение Б-Б отверстия для подачи рабочей жидкости при втягивании штока, сечение В-В сопряжения подшипника шарнирного 17 и проушины 1, выносной элемент Д, показывающий кольцо уплотнительное 21 и кольцо прижимное 22, выносной элемент Е, показывающий шайбу защитную 19 и манжету 20.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Заявляемый гидроцилиндр содержит корпус 10, поршень 11, шток 9, проушины 1, резиновые уплотнения 3, 7, 14, кольцо 2, грязесъемник 4, гайки 5 и 16, 19, винт 15, подшипник шарнирный 17, пресс-масленку 18, манжету 20, кольцо уплотнительное профильное, кольцо прижимное, шайбу 23, пробку 24, втулку 25. Подвод к поршневой полости обозначен «А», подвод к штоковой полости обозначен «Б». Корпус 10 выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра, поршень 11 также выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра и шток 9 выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра.

На сечении А-А введены следующие обозначения:

26 - большая полуось наружной границы поперечного сечения корпуса;

27 - большая полуось внутренней границы поперечного сечения корпуса и наружной границы поршня;

28 - большая полуось наружной границы поперечного сечения штока;

29 - большая полуось внутренней границы поперечного сечения штока;

30 - меньшая полуось внутренней границы поперечного сечения штока;

31 - меньшая полуось наружной границы поперечного сечения штока;

32 - меньшая полуось внутренней границы поперечного сечения корпуса и наружной границы поршня;

33 - меньшая полуось наружной границы поперечного сечения корпуса.

В поперечном сечении наружная и внутренняя граница корпуса, заявленного гидроцилиндра описывается уравнением:

x²/a²+y²/в²=1,

где а - длина большой полуоси наружной границы поперечного сечения корпуса эллиптической формы, составляет величину 0.15 м;

в - длина меньшей полуоси наружной границы поперечного сечения корпуса эллиптической формы, составляет величину 0.08 м, и для границы корпуса выполняется условие:

а/в=1.875.

В поперечном сечении наружная граница поршня (внутренняя граница поперечного сечения корпуса), заявленного гидроцилиндра описывается уравнением:

x²/a²+y²/в²=1,

где а - длина большой полуоси наружной границы поперечного сечения поршня эллиптической формы, составляет величину 0.14 м;

в - длина меньшей полуоси наружной границы поперечного сечения поршня эллиптической формы, составляет величину 0.07 м, и для границы поршня выполняется условие:

а/в=2.0.

Гидроцилиндр-прототип не воспринимает крутящего момента, приложенного к проушинам, и может воспринимать только сжимающие и изгибные нагрузки.

Для сравнения прототипа и заявленного гидроцилиндра примем, что площади поршней у них одинаковы.

Диаметр поршня гидроцилиндра-прототипа составит 0.2 м, площадь поршня равна 0.0314 м². Наружный диаметр гидроцилиндра-прототипа составит 0.22 м. Толщина стенки корпуса равна 0.01 м.

Момент сопротивления поперечного сечения корпуса гидроцилиндра-прототипа при изгибе относительно оси «x» определяется по формуле:

W_x=π(D⁴-d⁴)32D,

где D - наружный диаметр гидроцилиндра - прототипа;

d - внутренний диаметр гидроцилиндра - прототипа (диаметр поршня).

Тогда

Максимальное напряжение при изгибе в сечении корпуса гидроцилиндра-прототипа определяется по формуле:

где M_изг - величина изгибающего момента в рассматриваемом сечении корпуса гидроцилиндра.

У наружной поверхности корпуса заявленного гидроцилиндра отношение а/в равно 1.875, а именно а=0.15 м, в=0.08 м.

У внутренней поверхности корпуса заявленного гндроцилиндра отношение а/в равно 2.0. а именно а=0.14 м, в=0.07 м.

Площадь поверхности поршня заявленного гидроцилиндра также равна 0.0314 м².

Момент сопротивления поперечного сечения корпуса заявленного гидроцилиндра при изгибе определяется по формуле:

W_x=π(A³В-a³в)/4А,

где А - большая полуось эллипса наружной поверхности корпуса гидроцилиндра;

а - малая полуось эллипса наружной поверхности корпуса гидроцилиндра;

В - большая полуось эллипса внутренней поверхности корпуса гидроцилиндра;

в - малая полуось эллипса внутренней поверхности корпуса гидроцилиндра.

Тогда

Сравнивая результаты, полученные при расчетах по формуле 1 и по формуле 2, получим, что момент сопротивления поперечного сечения корпуса заявленного гидроцилиндра при изгибе на 24% выше момента сопротивления аналогичного сечения гидроцилиндра-прототипа.

Максимальное напряжение при изгибе в сечении корпуса заявленного гидроцилиндра (смотри формулу 2) на 24% меньше максимального напряжения в аналогичном сечении гидроцилиндра-прототипа.

Как указывалось ранее, заявленный гидроцилиндр работает на кручение.

Момент сопротивления поперечного сечения корпуса заявленного гидроцилиндра при кручении определяется по формуле:

W_хк=π(AB²-aв²)/2.

Для описываемого примера W_хк=0.00043 м³.

Максимальное напряжение при кручении корпуса заявленного гидроцилиндра определяется по формуле:

T_max=M_к/W_rк,

где М_к - крутящий момент.

При Т_max=7·10⁸ Па (Сталь У8 закаленная) допустимый крутящий момент составит 301000 Нм.

Такой же эффект достигается при замене круглых в поперечном сечении штоков на эллиптические.

Заявленный гидроцилиндр, если будет применен в качестве гидроцилиндра выдвижения секции стрелы автомобильного крана, может существенно разгрузить конструкцию секции стрелы.

Представленный в формуле изобретения диапазон а/в=1.8...2.7 для границ корпуса, штока и поршня выбран из условия возможности реализации на производстве ОАО «Автокран». В настоящее время ОАО «Автокран» и НИИКраностроения проводят комплексные исследования поршней, у которых для наружной поверхности корпуса в поперечном сечении выполняется условие: а/в=1.875. а/в=1.95 и а/в=1.80.

Заявленный гидроцилиндр может использоваться в автомобильном кране в качестве гидроопоры, гидроцилиндра выдвижения выносной опоры, гидроцилиндра выдвижения и втягивания стрелы или секции стрелы. Чрезвычайно эффективно может быть использование заявленного гидроцилиндра в качестве гидроцилиндра изменения вылета стрелы крана или крана-манипулятора.

Таким образом, технические результаты изобретения достигаются. Обеспечивается повышенная устойчивость изгибу. Предотвращается вращение поршня в корпусе относительно продольной оси, что обеспечит восприятие гидроцилиндром крутящего момента, приложенного к проушинам.

Гидроцилиндр предназначен для перемещения выдвижных секций стрелы, выдвижения выносных опор и других рабочих органов, крана или крана-манипулятора. Гидроцилиндр содержит корпус, поршень, шток, проушины, уплотнения, при этом корпус выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра, поршень выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра, и шток выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра и в поперечном сечении границы корпуса, штока и поршня описываются уравнением: x²/a²+y²/в²=1, где а - длина большой полуоси эллипса; в - длина малой полуоси эллипса, и для границ корпуса, штока и поршня, выполняется условие: а/в=1.8...2.7. Технический результат - повышенная устойчивость изгибу в продольной плоскости гидроцилиндра, проходящей через большие полуоси наружных границ поперечных сечений корпуса, поршня и штока гидроцилиндра, предотвращение вращения поршня в корпусе относительно продольной оси, что обеспечит восприятие гидроцилиндром крутящего момента, приложенного к проушинам. 6 ил.

Гидроцилиндр, содержащий корпус, поршень, шток; проушины, уплотнения, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра, поршень выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра, и шток выполнен в виде прямого эллиптического цилиндра, и в поперечном сечении границы корпуса, штока и поршня описываются уравнением:

x²/a²+y²/в²=1,

где а - длина большой полуоси эллипса;

в - длина малой полуоси эллипса,

и для границ корпуса, штока и поршня выполняется условие:

а/в=1,8...2,7.