ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ УЗЕЛ С ОСЕВЫМ ПРИВОДОМ Российский патент 2009 года по МПК F04B53/14 F04B39/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к цилиндропоршневому узлу с осевым приводом в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Такой цилиндропоршневой узел известен, например, из патентного документа США №5525845. В этом узле поршневой шток жестко связан как с подвижным в осевом направлении приводным элементом линейного привода, так и с поршнем. При работе приводимого от линейного двигателя поршня может создаваться режим, в котором создаваемое линейным двигателем осевое возвратно-поступательное движение узла, состоящего из подвижного приводного элемента, поршневого штока и поршня, развивает повышенную амплитуду возвратно-поступательного движения, так что поршень может ударяться телом поршня в основание цилиндровой проточки. Это может приводить к повреждению тела поршня или головной торцевой стенки цилиндровой проточки.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в выполнении цилиндропоршневого узла с осевым приводом таким образом, что снижается опасность повреждения поршня или цилиндра.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет признаков, изложенных в пункте 1 формулы изобретения.

При нормальной эксплуатации цилиндропоршневого узла поршневой шток точным и жестким образом связан как с поршнем, так и с приводным элементом, так что между приводным элементом, поршневым штоком и поршнем не происходит никакого относительного перемещения. В случае перегрузки, когда передаваемое приводным элементом усилие преодолевает усилие предварительного напряжения упругого устройства, происходит относительное перемещение между приводным элементом и поршневым штоком или между поршневым штоком и поршнем.

Благодаря отделению массы приводного элемента от массы поршня с помощью упругого устройства при перемещении поршня в положение компрессии приводной элемент тормозится посредством упругого устройства тогда, когда поршень приходит в контакт с головной торцевой стенкой цилиндровой проточки. За счет этого на головную торцевую стенку цилиндровой проточки воздействует только масса поршня, в определенных случаях совместно с массой поршневого штока, но без массы приводного элемента. При этом развиваемое ударное усилие существенно ниже по сравнению с усилием жесткого узла из поршня, поршневого штока и приводного элемента, что в значительной степени снижает опасность повреждения тела поршня или головной торцевой стенки цилиндрической проточки.

В предпочтительном примере выполнения тело поршня снабжено отверстием, через которое направляемым образом проходит первый конец поршневого штока, а поршневой шток выполнен с возможностью перемещения относительно поршня в осевом направлении поршня, упругое устройство предусмотрено между поршневым штоком и поршнем, причем упругое устройство обеспечивает предварительное напряжение поршневого штока в направлении от поршня к приводному элементу, при этом поршневой шток снабжен концевым упором, который препятствует выходу поршневого штока из отверстия. В этом примере выполнения дополнительно снижается масса, воздействующая на головную торцевую стенку, поскольку масса поршневого штока также отделена от поршня.

При этом особенно предпочтительно, когда поршневой шток направляется в отверстие с уплотнением, для чего предпочтительно предусмотрено уплотнение, охватывающее поршневой шток. В этом примере выполнения улучшается кпд компрессии, так как сжимаемая поршнем текучая среда не может утекать через кольцевой зазор вокруг поршневого штока.

В другом предпочтительном примере выполнения цилиндропоршневой узел отличается тем, что приводной элемент снабжен отверстием, через которое направляемым образом проходит второй конец поршневого штока, а поршневой шток выполнен с возможностью перемещения относительно приводного элемента в осевом направлении приводного элемента, упругое устройство предусмотрено между поршневым штоком и приводным элементом, причем упругое устройство обеспечивает предварительное напряжение поршневого штока в направлении от приводного элемента к поршню, при этом поршневой шток снабжен концевым упором, который препятствует выходу поршневого штока из отверстия. В этом варианте отделение масс посредством упругого устройства осуществляется на стороне приводного элемента, так что между поршнем и поршневым штоком может быть предусмотрено жесткое соединение и не требуется связанного с затратами уплотнения отверстия в теле поршня.

Предпочтительным образом упругое устройство содержит пружину или образовано пружиной. Особенно предпочтительно здесь использование устройства с тарельчатой пружиной или винтовой пружиной сжатия или растяжения.

Особенно эффективна реализация изобретения при наличии линейного привода, например, линейного двигателя, причем привод поршня в возвратно-поступательное движение обеспечивается действием приводного элемента линейного привода.

Предпочтительным примером использования цилиндропоршневого узла с осевым приводом по изобретению является использование в компрессоре для создания напорной текучей среды.

Краткий перечень чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 изображает в продольном разрезе цилиндропоршневой узел с осевым приводом и разъемом в области поршня,

фиг.2 изображает в увеличенном виде место прохода поршневого штока через тело поршня в цилиндропоршневом узле по фиг.1.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан в продольном разрезе цилиндропоршневой узел 1, содержащий цилиндр 2 и поршень 3. В цилиндре 2 выполнена цилиндрическая проточка 10, в которой помещен поршень 3, установленный с возможностью свободного направляемого возвратно-поступательного движения в направлении продольной оси Х проточки 10. Поршень 3 установлен в цилиндре 2 в газовой рубашке.

Головная торцевая стенка 12 цилиндрической проточки 10 со стороны головки цилиндра, внутренняя боковая стенка 14 проточки 10 и тело 16 поршня ограничивают цилиндровую полость 18.

На внутреннюю поверхность головной торцевой стенки 12 цилиндрической проточки 10 выходит впускной канал 22, в котором предусмотрен схематично показанный клапан 20. В этой же стенке предусмотрен выпускной канал 24 с соответствующим клапаном 26. Этот выпускной канал также выходит в цилиндрическую проточку 10.

При перемещении поршня влево на фиг.1 текучая среда всасывается в цилиндровую полость 18 через впускной канал 22 и впускной клапан 20. При перемещении поршня вправо эта текучая среда в сжатом состоянии вытесняется через выпускной канал 24 и выпускной клапан 26. Показанный цилиндропоршневой узел 1 является частью поршневой рабочей машины, в которой вытесняемая текучая среда является газообразной, как это имеет место, например, в компрессоре. Однако в принципе изобретение может использоваться также в других поршневых рабочих машинах, таких как насосы.

Поршень 3 приводится с помощью приводного элемента 50 схематично показанного линейного привода. Этот приводной элемент 50 совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси Y и механически соединен с поршнем 3 посредством поршневого штока 4. Поршневой шток 4 не обладает эластичностью или упругостью в осевом направлении и, соответственно, способен передавать осевые усилия от приводного элемента 50 на поршень 3.

Поршневой шток 4 жестко соединен с приводным элементом 50. В поршне 3 поршневой шток 4 установлен направляемым образом с возможностью перемещения в направлении продольной оси Х цилиндра 2 или сосной ей продольной оси X' поршня 3. Для этого поршневой шток 4 установлен внутри поршня 3 в кольцеобразной радиальной опоре 31. При этом радиальная опора 31 на своей наружной окружной периферии жестко соединена с поршнем 3 и имеет центральное отверстие, через которое поршневой шток 4 проходит с возможностью осевого перемещения.

В теле 16 поршня 3 предусмотрено сквозное центральное отверстие 16' (фиг.2), через которое первый поршневой конец 4' поршневого штока 4 проходит насквозь с возможностью осевого перемещения. На этом первом поршневом конце 4' поршневой шток 4 снабжен торцевой грибовидной головкой 41, выпуклая наружная поверхность которой обращена к головке 23 цилиндра. На своей обратной стороне, обращенной к телу 16 поршня, грибовидная головка 41 образует кольцевую упорную поверхность 41', наружный диаметр которой больше диаметра отверстия 16' в теле 16 поршня, так что поршневой шток 4 застопорен от выхода из тела 16 поршня влево.

Первый поршневой конец 4' поршневого штока 4 имеет уменьшенный диаметр по сравнению с остальной частью штока. Вокруг этого участка уменьшенного диаметра может быть расположено уплотнение 43, которое уплотняет первый поршневой конец 4' поршневого штока 4 относительно внутренней стенки отверстия 16' в теле 16 поршня.

Внутри поршня 3 в области радиальной опоры 31 предусмотрено упругое устройство 6 в виде кольцевой тарельчатой пружины 44, наружная окружная кромка которой зафиксирована на поршне 3. Кольцевая тарельчатая пружина 44 снабжена центральным отверстием, через которое проходит поршневой шток 4, причем внутренняя окружная кромка кольцеобразной тарельчатой пружины 44 зафиксирована на поршневом штоке 4. В примере выполнения по фиг.1 тарельчатая пружина 44 обращена выпуклостью влево, то есть к приводному элементу 50, так что она передает на поршневой шток 4 усилие предварительного напряжения в направлено влево на фиг.1. При этом под действием напряжения пружины 44 грибовидная головка 41 на первом поршневом конце 4' поршневого штока 4 прижимается своей кольцеобразной поверхностью 41' к телу 16 поршня.

Когда поршень 3 перемещается вправо, то есть в положение компрессии, при котором объем цилиндровой полости 18 минимален, тело 16 поршня приходит в упорный контакт с головной торцевой стенкой 12 головки 23 цилиндра (фиг.2). За счет инерции подвижного приводного элемента 50 и поршневого штока 4 эти элементы продолжают двигаться вправо против действия тарельчатой пружины 44 и тормозятся ее пружинным усилием. При этом грибовидная головка 41 на поршневом конце 4' поршневого штока 4 отходит от тела 16 поршня и входит в выемку 25, выполненную в цилиндровой головке 23 со стороны цилиндровой полости 18 в области устья выпускного канала 24. За счет этого ограничивается ударное усилие, передаваемое на массу поршня 3 при упоре тела 16 поршня в головную торцевую стенку 12, в то время как масса приводного элемента 50 и поршневого штока 4 тормозится тарельчатой пружиной 44 в промежуток времени после подхода тела 16 поршня к головной торцевой стенке 12.

В альтернативном варианте поршневой шток 4 может быть также жестко соединен с поршнем 3. В этом случае предусмотрена допускающая осевое перемещение опора поршневого штока 4 в приводном элементе 50, а также образованный пружиной 44 упругий элемент между поршневым штоком 4 и приводным элементом 50.

Изобретение не ограничивается описанным выше примером выполнения, который дан в качестве общего примера для пояснения основной идеи изобретения. Объем защиты изобретения охватывает различные изменения и модификации. В устройстве могут быть использованы различные комбинации особенностей, защищенных в качестве признаков изобретения в отдельных пунктах формулы изобретения.

Цифровые обозначения, приведенные в пунктах формулы изобретения, описании и на чертежах, служат для иллюстрации изобретения и не ограничивают объема защиты.

Устройство предназначено для использования в насосах, компрессорах, двигателях. Цилиндро-поршневой узел с осевым приводом содержит цилиндр (2) и поршень (3), установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении цилиндра (2) между первым поршневым положением, в котором ограниченный поршнем (3) и цилиндром (2) объем цилиндровой полости (18) максимален, и вторым поршневым положением, в котором этот объем цилиндровой полости минимален. Приводной элемент (50) установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении цилиндра и механически связан с поршнем (3) посредством поршневого штока (4). Поршневой шток (4) на своем первом конце (4') и/или на своем втором конце (4") посредством упругого устройства (6) связан с поршнем (3) или с приводным элементом (50) с возможностью осевого перемещения относительно поршня (3) или приводного элемента (50) против усилия предварительного напряжения упругого устройства. При перемещении поршня (3) во второе поршневое положение к головной торцевой стенке (12) тело (16) поршня приходит в контакт с головной торцевой стенкой (12) цилиндровой проточки (10). Дальнейшее перемещение приводного элемента (50) происходит против действия упругого устройства (6), так что приводной элемент (50) тормозится. Снижается опасность повреждения поршня или цилиндра. 2 н. и 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Цилиндропоршневой узел с осевым приводом, содержащий цилиндр (2), поршень (3), установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении цилиндра (2) между первым поршневым положением, в котором ограниченный поршнем (3) и цилиндром (2) объем цилиндровой полости (18) максимален, и вторым поршневым положением, в котором этот объем цилиндровой полости минимален, и приводной элемент (50), установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении цилиндра и механически связанный с поршнем (3) посредством поршневого штока (4), отличающийся тем, что поршневой шток (4) на своем первом конце (4') и/или на своем втором конце (4") посредством упругого устройства (6) связан с поршнем (3) или с приводным элементом (50) с возможностью осевого перемещения относительно поршня (3) или приводного элемента (50) против усилия предварительного напряжения упругого устройства таким образом, что когда при перемещении поршня (3) во второе поршневое положение к головной торцевой стенке (12) тело (16) поршня приходит в упорный контакт с головной торцевой стенкой (12) цилиндровой проточки (10), дальнейшее перемещение приводного элемента (50) происходит против действия упругого устройства (6), так что приводной элемент (50) тормозится.

2. Цилиндропоршневой узел по п.1, отличающийся тем, что тело (16) поршня снабжено отверстием (16'), через которое направляемым образом проходит первый конец (4') поршневого штока (4), поршневой шток (4) выполнен с возможностью перемещения относительно поршня (3) в осевом направлении поршня (3), упругое устройство (6) предусмотрено между поршневым штоком (4) и поршнем (3), причем упругое устройство (6) обеспечивает предварительное напряжение поршневого штока (4) в направлении от поршня (3) к приводному элементу (50), при этом поршневой шток (4) снабжен концевым упором (41'), который препятствует выходу поршневого штока (4) из отверстия (16').

3. Цилиндропоршневой узел по п.2, отличающийся тем, что поршневой шток направляется в отверстии (16') с уплотнением, для чего предпочтительно предусмотрено уплотнение (43), охватывающее поршневой шток (4).

4. Цилиндропоршневой узел по п.1, отличающийся тем, что приводной элемент (50) снабжен отверстием, через которое направляемым образом проходит второй конец (4") поршневого штока (4), поршневой шток (4) выполнен с возможностью перемещения относительно приводного элемента (50) в осевом направлении приводного элемента (50), упругое устройство (6) предусмотрено между поршневым штоком (4) и приводным элементом (50), причем упругое устройство (6) обеспечивает предварительное напряжение поршневого штока (4) в направлении от приводного элемента (50) к поршню (3), при этом поршневой шток (4) снабжен концевым упором, который препятствует выходу поршневого штока (4) из отверстия.

5. Цилиндропоршневой узел по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упругое устройство (6) содержит пружину.

6. Цилиндропоршневой узел по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что привод поршня (3) в возвратно-поступательное движение обеспечивается действием приводного элемента(50) линейного привода.

7. Компрессор для создания напорной текучей среды, содержащий, по меньшей мере, один цилиндропоршневой узел с осевым приводом по любому из пп.1-6.