Гидромеханический фиксатор подвижного цилиндрического соединения деталей Российский патент 2018 года по МПК F15B15/26 

Изобретение относится к области машиностроения и касается устройств периодической фиксации деталей машин в их цилиндрических стыках, характерных для гидропневмоцилиндров в грузоподъемных, рулевых, тормозных и опорных механизмах.

Известны силовые гидроцилиндры с гидромеханической фиксацией штока в его крайних положениях (см. патенты RU №№2278304 и 2458817). Они содержат механизм фиксации штока в корпусе гидроцилиндра, содержащий соединяющие эти детали шариковые или сегментные засовы-сухари и перемещающий их в стопорную канавку штока, управляющий гидроцилиндр с подпружиненным поршнем.

Их недостатки:

- высокие массогабаритные показатели, связанные с малым числом и площадью контакта таких засовов по периметру стопорной канавки;

- большие размеры стопорных канавок, в которые заходят засовы при фиксации, так как в функцию стопорной канавки входит и выталкивание засовов при снятии фиксации, для чего они содержат дополнительные конические участки, увеличивающие их ширину и допустимый шаг между канавками и фиксированными положениями деталей;

- отсутствие элементов удержания засовов в расфиксированном положении при вибрациях цилиндра создает шум.

Известны принятые за прототип гидромеханические фиксаторы с цанговыми засовами (см. Шумилов И.С. "Системы управления рулями самолетов" М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009 г., стр. 260, рис. 5.32).

Фиксаторы с цанговыми засовами более компактны в радиальном направлении, имеют меньшую глубину и ширину стопорных канавок и способны удерживать засов в положении постоянного поджима к поршню, что исключает шумообразование.

Недостатки гидромеханических фиксаторов с цанговыми засовами:

- пониженная сила фиксации при нагрузке в сторону сжатия тонкостенных цанг, вызванная потерей их устойчивости при сжатии;

- большие осевые размеры цанг, связанные с обеспечением необходимого упругого радиального хода их концов;

- сложность изготовления и крепления цангового засова в фиксаторе из-за его конфигурации;

- сложность изменения давления срабатывания фиксатора, так как диаметр поршня имеет конструктивные ограничения;

- невозможность в готовой конструкции изменить функцию с нормально зафиксированного состояния (без давления жидкости в гидроцилиндре) на нормально расфиксированное состояние.

Технической задачей изобретения является создание более эффективной конструкции гидромеханического фиксатора (далее фиксатора) и расширение его функциональных возможностей.

Технический результат состоит в уменьшении массогабаритных показателей и издержек производства, обеспечении надежности функционирования и простоты изменения давления срабатывания фиксатора и выполнении дополнительных функций - индикации положения фиксатора и возможности в готовой конструкции изменить функцию с нормально зафиксированного состояния (без давления жидкости в гидроцилиндре) на нормально расфиксированное состояние.

Сущность изобретения состоит в том, что гидромеханический фиксатор подвижного цилиндрического соединения содержит охватывающую и охватываемую соосно сопряженные детали в стыке цилиндрической формы и засов, находящийся в постоянном зацеплении с одной из этих деталей с возможностью перемещения в стопорную канавку другой детали под воздействием поршня управляющего гидроцилиндра, связанного с каналом подвода давления управления. Засов выполнен в виде пружинного стопорного кольца, радиально подвижно установленного в кольцевой прорези детали, находящейся в постоянном зацеплении с ним, при этом поршень гидроцилиндра выполнен кольцевым и установлен с возможностью взаимодействия со стопорным кольцом по его кольцевому периметру.

В частных случаях реализации поршень выполнен в виде цилиндрической продольно подвижной втулки, а гидроцилиндр связан с каналом подвода давления управления со стороны одного из торцов втулки, подпружиненной с противоположного торца, при этом цилиндрическая поверхность подвижной втулки выполнена с профилированной вдоль ее оси направляющей выемкой переменной глубины для радиального взаимодействия со стопорным кольцом по его кольцевому периметру. Кроме того, гидроцилиндр размещен в детали, находящейся в постоянном зацеплении с со стопорным кольцом, установленным в кольцевой прорези, которая выполнена сквозной между внутренней полостью гидроцилиндра и стыком сопряженных деталей с возможностью перемещения стопорного кольца между направляющей выемкой втулки и стопорной канавкой другой детали. При этом управляющий гидроцилиндр снабжен уплотнительным кольцом, установленным у торца втулки со стороны канала подвода давления управления, а края профилированной выемки втулки расположены относительно ее торцов на разных расстояниях, различающихся на величину толщины стопорного кольца. В изложенном случае исполнения управляющий гидроцилиндр может быть выполнен с окном для визуального контроля положения втулки.

В иных случаях реализации управляющий гидроцилиндр и его втулка могут быть выполнены ступенчатыми с образованием кольцевого участка торца втулки, соединенного с каналом подвода давления управления. При этом пружинное стопорное кольцо выполнено с чередующимися радиальными пазами, поочередно выполненными от центра и от периферии, или пружинное стопорное кольцо снабжено охватывающими его секторами, выполненными из кольца П-образного сечения, установленными своим пазом с равномерным шагом по периметру кольца со стороны, обращенной к втулке.

В другом случае реализации управляющий гидроцилиндр выполнен заодно с кольцевой прорезью стопорного кольца, а его поршень выполнен в виде радиально подвижного кольца из эластичного материала, опертого на стопорное кольцо, причем последнее выполнено разрезным с подвижно соединенными внахлест краями разреза, выполненными со скругленными кромками со стороны взаимодействия с кольцом из эластичного материала. Кроме того, в этом случае фиксатор может быть снабжен гидроаккумулятором давления с возможностью периодического подключения к гидроцилиндру через канал подвода давления управления.

На чертежах фиг. 1а, фиг. 1б представлена конструкция нормально зафиксированного (без подачи давления) гидромеханического фиксатора со стопорными канавками в охватываемой детали в зафиксированном (фиг. 1а) и расфиксированном (фиг. 1б) состоянии.

На фиг. 2 - конструкция нормально расфиксированного гидромеханического фиксатора со стопорными канавками в охватываемой детали в расфиксированном состоянии.

На фиг. 3 - конструкция нормально зафиксированного гидромеханического фиксатора со стопорными канавками в охватывающей детали в расфиксированном состоянии.

На фиг. 4 - исполнение пружинного стопорного кольца с чередующимися радиальными прорезями.

На фиг. 5 - исполнение пружинного стопорного кольца с секторами, выполненными из кольца П-образного сечения.

На фиг.6 - конструкция гидромеханического фиксатора со стопорным кольцом с секторами, выполненными из кольца П-образного сечения по фиг. 5, и ступенчатым поршнем.

На фиг. 7 - конструкция гидромеханического фиксатора, в котором поршень выполнен в виде радиально подвижного кольца из эластичного материала.

На фиг. 8 - разрез А-А по фиг. 7.

На фиг.9 - конструкция гидромеханического фиксатора, в котором поршень выполнен в виде радиально подвижного кольца из эластичного материала с подводом к нему давления управления через отключаемый гидроаккумулятор.

Гидромеханический фиксатор подвижного цилиндрического соединения содержит охватывающую и охватываемую соосно сопряженные детали 1, 2, образующие стык 3 цилиндрической формы и засов 4, находящийся в постоянном зацеплении с одной из этих деталей с возможностью периодического возвратно-поступательного перемещения в стопорную канавку 6 другой детали под воздействием поршня 7 с уплотнительным кольцом 8 и пружиной 9 управляющего гидроцилиндра 10, связанного с каналом 11 подвода давления управления.

Засов выполнен в виде пружинного стопорного кольца 4 круглого, прямоугольного или иного сечения, радиально подвижно установленного в кольцевой прорези 5 детали 1, находящейся в постоянном зацеплении с ним, при этом поршень 7 гидроцилиндра 10 выполнен кольцевым и установлен с возможностью взаимодействия со стопорным кольцом 4 по его кольцевому периметру (фиг. 1-9).

В частных случаях исполнения поршень выполнен в виде цилиндрической продольно подвижной поршневой втулки 7, а гидроцилиндр 10 связан с каналом 11 подвода давления управления со стороны одного из торцов втулки 7, подпружиненной пружиной 9 с противоположного торца. При этом цилиндрическая поверхность подвижной втулки 7 выполнена с профилированной вдоль ее оси направляющей выемкой 18 переменной глубины для радиального взаимодействия со стопорным кольцом 4 по его кольцевому периметру (фиг. 1-3, 6). Кроме того, гидроцилиндр 10 размещен, как правило, в детали 1, находящейся в постоянном зацеплении со стопорным кольцом 4, установленным в кольцевой прорези 5, которая выполнена сквозной между внутренней полостью гидроцилиндра 10 и стыком 3 сопряженных деталей 1, 2 с возможностью перемещения стопорного кольца 4 между направляющей выемкой 18 втулки 7 и стопорной канавкой 6 другой детали (фиг. 1-3, 6).

В случае размещения пружинного стопорного кольца 4 в охватывающей детали 1 (фиг. 1) оно выполняется с внутренним диаметром большим, чем диаметр стыка 3, и упругие силы его направлены на прижим к поршню 7. В случае размещения кольца 4 в охватываемой детали 2 (фиг. 3) его наружный диаметр выполняется меньше диаметра стыка 3. Стопорные кольца 4 прямоугольного течения в отличие от колец круглого сечения имеют более широкие поверхности контакта при минимальной ширине, что снижает ширину стопорных канавок 6 и, соответственно, габариты фиксатора и минимальный шаг между зафиксированными позициями деталей 1 и 2.

Предпочтительно в данном исполнении управляющий гидроцилиндр 10 снабжен уплотнительным кольцом 8, установленным у торца втулки 7 со стороны канала 11 подвода давления управления, а края профилированной выемки 18 втулки 7 расположены относительно ее торцов на разных расстояниях, различающихся на величину толщины стопорного кольца 4 (фиг. 1-3). Если выемка 18 выполнена с конической образующей своей поверхности (как на фиг. 1-3), то такое исполнение поршневой втулки 7 (при , см. фиг. 1) позволяет при повороте ее на 180° в гидроцилиндре 10 (т.е. другим концом) изменять функцию фиксатора с нормально зафиксированного (фиг. 1) на нормально расфиксированное состояние стыка 3 (фиг. 2). При этом уплотнительное кольцо 8 может выполняться без крепления к втулке 7, что упрощает конструкцию и позволяет одним лишь разворотом втулки 7 изменять нормальное исходное состояние фиксатора.

Управляющий гидроцилиндр 10 может быть выполнен с окном 12 для визуального контроля положения втулки 7 (фиг. 1, 2).

В ином частном случае исполнения фиксатора управляющий гидроцилиндр 10 и его втулка 7 выполнены ступенчатыми с образованием кольцевого участка торца втулки 7, соединенного с каналом 11 подвода давления управления (фиг. 6). В этом случае подвод жидкости по каналу 11 расположен в зоне сопряжения ее ступеней, что позволяет изменением разности диаметров ступеней получать площадь давления жидкости на втулке 7 с минимальными значениями, необходимыми для срабатывания фиксатора для выхода засова 4 (расфиксации стыка 3), только при заданных высоких давлениях жидкости.

Пружинное стопорное разрезное кольцо 4 может иметь поперечный разрез, прямой или ступенчатый, с образованием концов 13, соединенных внахлест (фиг. 8), или быть без разреза (фиг. 4) с прорезями 14, поочередно идущими с противоположных сторон поперечного сечения кольца 4. Такое стопорное кольцо 4 имеет повышенный упругий ход по сравнению с разрезными вариантами, что требуется при малых диаметрах стыка 3. Для повышения прочности на срез стопорное кольцо 4 может снабжаться охватывающими его секторами 15 (фиг. 5), выполненными из кольца П-образного сечения и установленными своим пазом с равномерным шагом по периметру кольца 4 со стороны, обращенной к втулке 7 (фиг. 6).

Фиксатор может быть реализован в конструкции, в которой управляющий гидроцилиндр выполнен заодно с кольцевой прорезью 5 стопорного кольца 4, а его поршень выполнен в виде радиально подвижного кольца 16 из эластичного материала, опертого на стопорное кольцо 4, причем последнее выполнено разрезным с подвижно соединенными внахлест концами (краями) 13 разреза, выполненными со скругленными кромками со стороны взаимодействия с кольцом 16 из эластичного материала (фиг. 7-9). В данном случае фиксатор может быть снабжен гидроаккумулятором 17 давления с подпружиненным дифференциальным поршнем 19, установленным с возможностью периодического подключения к гидроцилиндру через канал 11 подвода давления управления (фиг. 9).

Пружина 9 может изготавливаться из проволоки круглого или прямоугольного сечения, при котором ее конструкция становится более компактной и лучше выполняется дополнительная функция ограничения хода поршня 7.

Использование компактного стопорного кольца 4 простейшей формы вместо цанги, применяемой в прототипе, существенно сокращает массогабаритные показатели фиксатора и издержки его производства и обеспечивает равные допустимые нагрузки при реверсе их направления.

Еще более простая и компактная конструкция фиксатора может быть реализована в случае требования нормально-открытого положения фиксатора, когда его поршень 7 выполнен в виде эластичного кольца 16, установленного в круговой прорези 5 концентрично со стопорным кольцом 4, со стороны, противоположной стыку 3, со сжатием по сечению между стенками прорези 5 (фиг. 7). При этом стопорное кольцо 4 выполняется с соединением его концов 13 внахлест (фиг. 8). Такое совмещение поршневой втулки 7 с его уплотнительным кольцом 8, а пружины 9 - со стопорным кольцом 4 обеспечивает конструкции фиксатора минимальные количество деталей и сокращает издержки производства. Для перевода этой конструкции в нормально закрытое положение к каналу 11 подвода жидкости можно подсоединить отключаемый гидроаккумулятор 17 с подпружиненным дифференциальным поршнем 19 (фиг. 9).

Гидромеханический фиксатор (фиг. 1) работает следующим образом.

При отсутствии давления жидкости Р перед поршневой втулкой 7 пружина 9 толкает ее в крайнее левое положение, и внутренняя коническая поверхность, преодолевая упругие силы стопорного кольца 4, перемещает ее в стопорную канавку 6, фиксируя детали 1 и 2 между собой (фиг. 1а). При подаче давления жидкости через канал 11 к торцу поршневой втулки 7 она перемещается в крайнее правое положение, сжимая пружину 9 и освобождая от сжатия пружинное стопорное кольцо 4, которое благодаря своей упругости выходит из стопорной канавки 6, расфиксируя соединение 3 деталей 1 и 2 (фиг. 1б). Аналогично работает и фиксатор (фиг. 3), у которого канавки 6 выполнены в охватывающей детали 1. В случае установки поршневой втулки 7 в гидроцилиндре 10 так, что его выемка 18 располагается ближе к пружине 9 (фиг. 2), при отсутствии давления в канале 11 стопорное кольцо 4 оказывается под (охвачено) выемкой 18, частично заходит в нее и расфиксирует соединение. Наличие смотрового окна 12 позволяет наблюдать положение поршневой втулки 7 относительно охватывающей детали 1 и соответственно констатировать наличие или отсутствие фиксации деталей 1 и 2 между собой. При выполнении поршневой втулки 7 в виде эластичного кольца 16 (фиг. 7) в периоды отсутствия давления в канале 11 стопорное кольцо 4 за счет своей упругости выходит из канавки 6 и расфиксирует соединение 3. Подача давления в канал 11 приводит к сжатию эластичного кольца 16 по диаметру и выдавливанию стопорного кольца 4 в канавку 6 детали 2 и фиксирует соединение 3. Наличие у разрезного кольца 4 концов 13, соединенных внахлест со скругленными кромками, защищает кольцо 16 от выдавливания в зазор между концами этого кольца даже при высоких давлениях управления фиксатором. В случае подключения к каналу 11 такого фиксатора гидроаккумулятора 17 (фиг. 9) давление от него воздействует на эластичное кольцо 16 и, преодолевая упругость стопорного кольца 4, удерживает его в канавке 6, обеспечивая нормально зафиксированное состояние фиксатора. При подаче давления управления в гидроаккумулятор 17 его дифференциальный поршень 19 перестает создавать давление на кольцо 16, и благодаря упругости стопорного кольца 4 оно выходит из канавки 6, расфиксируя, тем самым, соединение 3.

Технический результат от использования заявляемого изобретения состоит в уменьшении массогабаритных показателей и издержек производства, обеспечении простоты изменения давления срабатывания фиксатора.

Одновременно возможно выполнение дополнительных функций - индикации положения фиксатора и возможности в готовой конструкции изменить функцию с нормально зафиксированного состояния (без давления жидкости в гидроцилиндре) на нормально расфиксированное состояние без увеличения номенклатуры деталей.

Из изложенного следует, что предложенная конструкция фиксатора отличается от прототипа существенно уменьшенными массогабаритными показателями и издержками производства, а также дополнительными функциями.

Гидромеханический фиксатор подвижного цилиндрического соединения содержит детали 1, 2 в стыке 3 цилиндрической формы и засов 4, находящийся в постоянном зацеплении с одной из этих деталей с возможностью перемещения в стопорную канавку 6 другой детали. Засов 4 выполнен в виде пружинного стопорного кольца, установленного в кольцевой прорези 5 детали 1, находящейся в постоянном зацеплении с ним. Поршень гидроцилиндра 10 выполнен кольцевым и установлен с возможностью взаимодействия с кольцом 4. Поршень может быть выполнен в виде втулки 7, а гидроцилиндр 10 связан с каналом 11 подвода давления управления со стороны одного из торцов втулки 7, подпружиненной с противоположного торца, при этом цилиндрическая поверхность втулки 7 выполнена с профилированной выемкой 18 для радиального взаимодействия с кольцом 4. Гидроцилиндр 10 размещен в детали 1, находящейся в постоянном зацеплении с кольцом 4, установленным в прорези 5. Гидроцилиндр 10 снабжен уплотнительным кольцом 8, установленным со стороны канала 11, а края выемки 18 втулки 7 расположены относительно ее торцов на разных расстояниях. В иных случаях реализации гидроцилиндр 10 и его втулка 7 могут быть выполнены ступенчатыми. При этом кольцо 4 выполнено с чередующимися радиальными пазами 14 или снабжено секторами 15 из кольца П-образного сечения. В другом случае управляющий гидроцилиндр выполнен заодно с кольцевой прорезью 5 кольца 4, а его поршень выполнен в виде радиально подвижного кольца 16, а кольцо 4 выполнено разрезным с соединенными внахлест краями. Технический результат состоит в уменьшении массогабатитных показателей и выполнении дополнительных функций: индикации положения фиксатора, возможности изменения нормального состояния. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Гидромеханический фиксатор подвижного цилиндрического соединения, содержащий охватывающую и охватываемую соосно сопряженные детали в стыке цилиндрической формы и засов, находящийся в постоянном зацеплении с одной из этих деталей с возможностью перемещения в стопорную канавку другой детали под воздействием поршня управляющего гидроцилиндра, связанного с каналом подвода давления управления, отличающийся тем, что засов выполнен в виде пружинного стопорного кольца, радиально подвижно установленного в кольцевой прорези детали, находящейся в постоянном зацеплении с ним, при этом поршень гидроцилиндра выполнен кольцевым и установлен с возможностью взаимодействия со стопорным кольцом по его кольцевому периметру.

2. Гидромеханический фиксатор по п. 1, отличающийся тем, что поршень выполнен в виде цилиндрической продольно подвижной втулки, а гидроцилиндр связан с каналом подвода давления управления со стороны одного из торцов втулки, подпружиненной с противоположного торца, при этом цилиндрическая поверхность подвижной втулки выполнена с профилированной вдоль ее оси направляющей выемкой переменной глубины для радиального взаимодействия со стопорным кольцом по его кольцевому периметру.

3. Гидромеханический фиксатор по п. 2, отличающийся тем, что гидроцилиндр размещен в детали, находящейся в постоянном зацеплении со стопорным кольцом, установленным в кольцевой прорези, которая выполнена сквозной между внутренней полостью гидроцилиндра и стыком сопряженных деталей с возможностью перемещения стопорного кольца между направляющей выемкой втулки и стопорной канавкой другой детали.

4. Гидромеханический фиксатор по любому из пп. 2, 3, отличающийся тем, что управляющий гидроцилиндр снабжен уплотнительным кольцом, установленным у торца втулки со стороны канала подвода давления управления, а края профилированной выемки втулки расположены относительно ее торцов на разных расстояниях, различающихся на величину толщины стопорного кольца.

5. Гидромеханический фиксатор по любому из пп. 2, 3, отличающийся тем, что управляющий гидроцилиндр выполнен с окном для визуального контроля положения втулки.

6. Гидромеханический фиксатор по п. 2, отличающийся тем, что управляющий гидроцилиндр и его втулка выполнены ступенчатыми с образованием кольцевого участка торца втулки, соединенного с каналом подвода давления управления.

7. Гидромеханический фиксатор по п. 2, отличающийся тем, что пружинное стопорное кольцо выполнено с чередующимися радиальными пазами, поочередно выполненными от центра и от периферии.

8. Гидромеханический фиксатор по п. 2, отличающийся тем, что пружинное стопорное кольцо снабжено охватывающими его секторами, выполненными из кольца П-образного сечения, установленными своим пазом с равномерным шагом по периметру кольца со стороны, обращенной к втулке.

9. Гидромеханический фиксатор по п. 1, отличающийся тем, что управляющий гидроцилиндр выполнен заодно с кольцевой прорезью стопорного кольца, а его поршень выполнен в виде радиально подвижного кольца из эластичного материала, опертого на стопорное кольцо, причем последнее выполнено разрезным с подвижно соединенными внахлест краями разреза, выполненными скругленными кромками со стороны взаимодействия с кольцом из эластичного материала.

10. Гидромеханический фиксатор по п. 9, отличающийся тем, что он снабжен гидроаккумулятором давления с возможностью периодического подключения к гидроцилиндру через канал подвода давления управления.