Способ получения выигрыша в силе и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F15B3/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в центрифугах, для склеивания деталей, для прессования изделий и т.д.

Известен гидравлический пресс, содержащий два цилиндра разных диаметров, соединенных между собой трубопроводами, два поршня, размещенных в соответствующих цилиндрах. Оба цилиндра и трубопровод заполняются жидкостью. Усилие, приложенное к малому поршню, создает давление в жидкости и с помощью малого поршня передает его по закону Паскаля всем точкам жидкости, в частности основанию прессующего поршня в большом цилиндре.

Недостатком известного способа и устройства является ограниченность хода прессующего поршня. Так, если диаметр малого цилиндра d 1 см. а диаметр большого цилиндра D 40 см, то при перемещении большого цилиндра на 1 см, перемещение малого цилиндра должно произойти на 1600

п 402 см (отношение - -- 1600), что неосуГ

щег.твимо.

Недостатком известного способа и устройства является постоянство прессующей силы, хотя в большинстве практических случаев, по мере прессования, усилие сопротивления прессованию непрерывно увеличивается. Соответственно, при оптимальном режиме работы и прессующее усилие должно непрерывно увеличиваться, чего в известном решении нет. Поэтому известное решение находит ограниченное применение.

Целью изобретения является повышение эффективности работы, расширение области применения, увеличения хода исполнительного поршня, увеличение производительности и исключение изгибающих моментов на валу от сил инерции и от сил тяжести конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения выигрыша в силе, заключающемся в том, что берут исполнительный цилиндр с поршнем и усиливающий цилиндр с поршнем, сообщают оба цилиндра гидравлической линией, нагружают усиливающий поршень и передают давление жидкости, создаваемое усиливающим поршнем, на исполнительный пор(Л

00

сь ю ю

00

шень. в нем нагружают оба поршня с помощью сил инерции, возникающих при вращении цилиндров, используют вначале для выполнения полезной работы только силы инерции исполнительного поршня и всех деталей, перемещающихся вместе с указанным поршнем, после увеличения сопротивления исполнительному поршню, запускают в работу усиливающий поршень и передают после редуцирования на исполнительный поршень все время увеличиваю щую ся силу инерции усиливающего поршня, в нем положение исполнительного поршня выполняют регулируемым относительно начала запуска усиливающего поршня, в нем применяют по меньшей мере две пары цилиндров, включающих каждая исполнительный цилиндр с поршнем и усиливающий цилиндр с поршнем, расположенных симметрично относительно друг друга в одних и тех же сечениях вала, в нем применяют по меньшей мере две группы симметрично расположенных пар. цилиндров, размещенных на разных расстояниях вдоль вала. Цель достигается тем, что известное устройство получения выигрыша в силе, содержащее исполнительный цилиндр с поршнем, усиливающий цилиндр с поршнем, гидравлическую линию в виде трубопровода, сообщающего оба цилиндра, дополнительно содержит вал, совершающий вращательное движение, усиливающий цилиндр прикреплен непосредственно к валу, гидравлическая линия, связывающая оба цилиндра, снабжена запорной арматурой, исполнительный цилиндр выполнен в виде отдельного устройства, дополнительно содержащего запирающий цилиндр с поршнем и штоком, второй поршень исполнительного цилиндра, опирающийся на шток поршня запирающего цилиндра или жестко связанный с ним, емкость для жидкости, прикрепленную к валу, первый поршень исполнительного цилиндра или второй поршень исполнительного цилиндра со стороны первого снабжен штоком для образования полости между поршнями при контакте их, запирающий цилиндр связан с емкостью трубопроводом с обратным клапаном, с расположением нижней отметки емкости не ниже нижней отметки трубопровода, обратный клапан снабжен обводной гидравлический линией с запорной арматурой, связывающей трубопровод с емкостью, шток, связывающий запирающий поршень и второй поршень исполнительного цилиндра, снабжен рычагом, воздействующим в расчетное время на исполнительный элемент запорной арматуры, раскрывая проходное сечение ее. установленное на

гидролинии, сообщающей в момент запуска в работу усиливающего поршня полость усиливающего цилиндра и полость между двумя поршнями исполнительного цилиндра, участок рычага, вступающий в контакт с запорной арматурой, выполнен с регулируемой длиной, а гидр0линия снабжена по меньшей мере двумя отводами, каждый с запорной арматурой, входящими в. раз0 ные зоны исполнительного цилиндра, устройство дополнительно содержит по меньшей мере еще одну пару цилиндров, образуя группу цилиндров, из который одноименные цилиндры прикреплены к валу в

5 одних и тех же сечениях вала и расположены симметрично относительно друг друга, или же оно дополнительно содержит по меньшей мере две группы цилиндров, симметрично расположенных в каждой группе

0 и прикрепленных на разных расстояниях вдоль вала,

На чертеже схематично показано устройство получения выигрыша в силе, при помощи которого реализуется способ пол5 учения выигрыша в силе.

Способ реализуется следующим образом.

Вращают оба цилиндра, а если цилиндров несколько пар, то цилиндры всех пар.

0 Запускают в работу сначала только поршень (поршни) исполнительного цилиндра с помощью инерционных сил, действующих на исполнительный поршень и все детали, связанные с исполнительным поршнем, в том

5 числе и жидкость. После использования возможностей отдельно только всего устройства исполнительного цилиндра, где исполнительный поршень передвинется на значительное расстояние, а сила сопротив0 ления резко возрастет, включают в работу поршень усиливающего цилиндра и этим увеличивают по требуемому закону выигрыш в силе исполнительного поршня, . уже с помощью редуцирующего инерци5 онного гидропривода поступательного движения, включающего два поршня и гидросистему.

Устройство получения выигрыша в сияе содержит вал 1, к которому крепятся с одной

0 стороны устройство 2 исполнительного цилиндра и устройство 3 усиливающего цилиндра и с другой стороны сдвинутое на 180° устройство 4 исполнительного цилиндра и устройство 5 усиливающего цилиндра. Уст5 ройства 2 и 4 прикреплены в одной зоне вала на одинаковом уровне, а устройства 3 и 5 - в другой зоне вала на одинаковом уровне. Конструкции всех пар поршней оди- . наковые. Устройство 2 исполнительного цилиндра включает цилиндр 6, первый

поршень 7 и второй поршень 8 цилиндра б, запирающий цилиндр 9 с поршнем 10. Поршень 7 снабжен штоком 11, опирающимся на поршень 8 с образованием между поршнями полости 12. Поршни 8 и 10 связаны штоком 13. Поршень 7 снабжен уплотнением 14, поршень 8 - уплотнением 15, поршень 10 - уплотнением 16. Устройство 3 исполнительного цилиндра включает также емкость 17 для жидкости, трубопровод 18 с обратным клапаном 19, соединяющий емкость 17 с цилиндром 9 и обводную гидравлическую линию 20 с запорной арматурой 21. Емкость 17 может быть общей для каждого устройства исполнительного цилиндра, размещенного в одной зоне вала, но может быть и индивидуальной для каждого устройства. Лучше низ емкости 17 не опускать ниже низа трубопровода 18, как показано на фиг.З. В этом случае потребуется меньший объем жидкости. К штоку 13 жест ко крепится перемещающийся вместе со штоком рычаг 22, к которому в свою очередь крепится переменный подлине участок 22, Устройство 3 усиливающего цилиндра включает цилиндр 23, поршень 24 с уплотнением 25, гидравлическую линию 26 с за. порной арматурой 27, включающую отводы, каждый соответственно с запорной арматурой 28, 29 и 30. Количество отводов, снабженных арматурой, в зависимости от конкретной конструкции машины может быть любым. Гидравлическая линия 26 с по- мощ ыо отводов с арматурой 28, 29 и 30 сообщает цилиндр 23 с одной из зон цилиндра 6, но всегда в тот момент, когда напротив зоны цилиндра 6 находится полость 12 этого цилиндра, На чертеже изображено положение полости 12, когда она занимает положение 12 и сообщается с цилиндром 23 с помощью отвода с запорной арматурой 28. В любом случае цилиндр 23 сообщается с цилиндром 6 только тогда, когда поршни 7 и 8 пройдут большую часть пути в цилиндре 6 самостоятельно, без помощи устройства 3 усиливающего цилиндра. Устройство 2 исполнительного цилиндра и устройство 3 усиливающего цитиндра связаны с валом 1 с помощью условно изображенных элементов 31. Вал 1 вращается в радиальных подшипниках 32 и 33 и опирается на упорный подшипник 34. К поршню 7 постоянно приложено в общем случае переменное по величине сопротивление 35. Для законченности механизма условно показано,что сопротивление 35 создает прессуемое тело 36, расположенное в форме 37, с помощью элемента 38 со штоком 39, опирающимся на поршень 7. Форма 37 связана с цилиндром 6 соединением 40. Конкретное устройство,

с помощью которого будет производиться полезная работа на чертеже не раскрыто. Оно будет разным, к примеру, при центрифугировании суспензии, при прессовании 5 какого-либо вещества и т.д.

Устройство работает следующим образом.

Приводится при перекрытой запорной арматуре 27 и 21, но открытой одной из 0 арматур 28,29 или 30 (две запорные арматуры из указанных трех 28,29, 30 всегда перекрыты), с помощью двигателя с приводом или только с помощью двигателя (не изображены) во вращательное движение вал 1.

5 Возникающие инерционные силы в поршнях 7,8,10, в штоке 13 с рычагом 22, в жидкости, находящейся в трубопроводе 18. в цилиндре 9 со стороны обратного клапана 19 и в емкости 17, перемещаютпоршни 7, 8,

0 10,шток 13с рычагом 22 от оси вала, преодолевая сопротивление 35, приложенное к поршню 7. Инерционные силы, возникающие в самом объекте, подвергающемся воздействию поршня 7, также содействуют

5 перемещению поршня 7 в указанном направлении. После того, как устройство.исполнительного цилиндра использует все свои возможности для преодоления сопротивления 35, вступает в работу устройство 3

0 усиливающего цилиндра. Здесь необходимо изложить следующие соображения, Допустим мы рассчитали, что при прессовании конкретного вещества устройство 2 исполнительного цилиндра использует все свои

5 возможности по достижении полостью 12 положения 12. Тогда, перед началом работы с данным веществом открывает запорную арматуру 28 и прикрепляем необходимой длины участок 22 к рычагу 22,

0 Под необходимой понимается такая длина, при которой рычаг 22 коснется исполнительного механизма арматуры 27 в момент, когда полость 12 будет находиться в положении 12. Как только рычаг 22, переме5 щающийся вместе со штоком 13, коснется исполнительного механизма запорной арматуры 27, проходное отверстие арматуры 27 откроется, сообщая при этом полость цилиндра 23 с полостью 12 цилиндра 6. Давле0 ние жидкости, возникающее за счет, инерционных сил в поршне 24, передается жидкости, находящейся в полости 12. Так как это давление достигает больших значений, усилие, возникающее на поршне 8 со

5 стороны полости 12, стопорит поршень 8 в занятом до этого положении. Этому способствует обратный клапан 19, который не пропускает жидкость в обратном направлении. т.е. с цилиндра 9 в емкость 17. Имеется в виду с той части цилиндра 9, которая находится со стороны поршня 10 в направлении к обратному клапану 19. Противоположная часть цилиндра 9 не заполнена жидкостью. А на поршень 7 начинает действовать непрерывно возрастающая з счет увеличения радиуса р расположения поршня 24 от п до га и более сила. Увеличение силы видно из зависимости

Ри nvan m ( р, где Ри - сила инерции поршня 24;

m - масса поршня 24:

т- угловая скорость вращения устройства, рад/с;

р- радиус расположения поршня 24.

Чем больше р, тем больше Ри.

Давление жидкости в цилиндре 23,

Р-Ри/,

где d - диаметр поршня 24 или диаметр цилиндра 23.

Усилие на поршнях 7 и 8

Р,

где D - диаметр цилиндра 6.

. -Р2 - р,.. Р2 4 и d2

При d 1 см и D 40 см Pi 1600 Ри, т.е. сила, действующая на поршень 7, за счет усиливающего поршня в 1600 раз больше силы инерции, действующей на поршень 24. Непрерывно увеличивающаяся сила PI и продолжающие действовать силы инерции поршня 7, жидкости, находящейся в полости 12, объекта, подвергающегося воздействию поршня 7, преодолевают непрерывно увеличивающееся сопротивление 25, что и требуется.

Следует отметить, что при полном перемещении поршня 24 поршень 7 переместится на величину, уменьшенную в число раз, равное передаточному отношению цилиндП2

ров U -у, т.е. перемещение поршня 7

будет сравнительно малым, но оно уже и не требуется большое. Основную часть своего пути поршень 7 проходит тогда, когда сопротивление 35 сравнительно малое и для преодоления его достаточно только устройства 2 исполнительного цилиндра.

По окончании процесса устройство останавливается. Поршень 7, к примеру, с помощью пневмоцилиндра (не показан) возвращается в исходное положение, сначала до контакта его с поршнем 8. В это время жидкость из полости 12 удаляется и

поршень 24 возвращается в исходное положение. После этого открывается проходное сечение запорной арматуры 21 и при дальнейшем воздействии на поршень 7 в

окончательное исходное положение возвращаются поршни 7, 8 и 10, шток 13 с рычагом 22 и жидкость с цилиндра 9 и трубопровода 18 в емкость 17. Закрывается проходное, сечение запорной арматуры 21 и в момент

0 отхода рычага 22 - автоматически проходное сечение запорной арматуры 27. Дальше циклы повторяются. Соответственно и остальные пары цилиндров работают аналогично.

5 Предлагаемый способ и устройство выигрыша в силе найдут применение во многих областях народного хозяйства. Создание больших усилий, с помощью небольшой массы усиливающего поршня, яв0 ляется эффективным. С помощь ю такого способа и устройства можно заменить две операции технологического процесса одной. К примеру, можно заменить известный способ центрифугирования и последующую

5 сушку одной операцией с помощью предложенного способа и устройства, не превышая при этом максимально допустимую влажность получаемого продукта. Предложенные способ и устройство позволяют

0 избавиться от сверхцентрифуг, которые во многих отношениях являются нежелательными, Предложенное техническое решение позволит решить все технические задачи, решаемые с помощью сверхцентрифуг.

5

Формула изобретения

1. Способ получения выигрыша в силе, заключающийся в том, что берут исполни- тельный цилиндр с поршнем и усиливаю0 щий цилиндр с поршнем, сообщают оба цилиндра гидравлической линией, нагружают усиливающий поршень и передают давление жидкости, и создаваемое усиливающим поршнем, на исполнительный пор5 шень, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы, нагружают оба поршня с помощью сил инерции, возникающих при вращении цилиндров, используют вначале для выполнения полезной

0 работы только силы инерции исполнительного поршня и всех деталей, перемещающихся вместе с указанным поршнем, после увеличения сопротивления исполнительному поршню, запускают в работу усили5 ваю щий поршень и передают, после редуцирования, на исполнительный поршень увеличивающуюся силу инерции усиливающего поршня.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я j-ем, что положение исполнительного поршня выполняют регулируемым относительно начала запуска усиливающего поршня.

3. Способ по пп. 1 и 2, от личающий- с я тем, что, с целью увеличения производительности и исключения изгибающих мо- ментов на валу от сил инерции и от сил тяжести конструкции, применяют, по меньшей мере, две пары цилиндров, включающих каждая исполнительный цилиндр с поршнем и усиливающий цилиндр с порш- нем, расположенных симметрично относительно одна другой в одних и тех же сечениях вала.

4. Способ по пп.1-3, отличающий- с я тем, что применяют, по меньшей мере, две группы симметрично расположенных пар цилиндров, размещенных на разных расстояниях вдоль вала.

5. Устройство получения выигрыша в силе, содержащее исполнительный цилиндр с поршнем, усиливающий цилиндр с поршнем, гидравлическую линию в виде трубопровода, сообщающего оба цилиндра, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы оно дополнительно содержит вал, совершающий вращательное движение, усиливающий цилиндр прикреплен непосредственно к валу, гидравлическая линия, связывающая оба цилиндра, снабжена запорной арматурой, исполнительный цилиндр выполнен в виде отдельного устройства, дополнительно содержащего запирающий цилиндр с поршнем и штоком, второй поршень исполнительного цилиндра, опирающийся на шток пошня запираю- щего цилиндра или жестко связанный с ним, емкость для жидкости, прикрепленную к валу, первый поршень исполнительного цилиндра или второй поршень исполнительного цилиндра со стороны пер- вого. снабже:) штоком для образования полости между поршнями при контакте их,

запирающий цилиндр связан с емкостью трубопроводом с обратным клапаном, с расположением нижней отметки емкости не ниже нижней отметки трубопровода, обратный клапан снабжен обводной гидравлической линией с запорной арматурой, связывающей трубопровод с емкостью, шток, связывающий запирающий поршень и второй поршень исполнительного цилиндра, снабжен рычагом, воздействующим в расчетное время на исполнительный элемент запорной арматуры, раскрывая проходное сечение ее, установленной на гидролинии, сообщающей в момент запуска в работу усиливающего поршня полость усиливающего цилиндра и полость между двумя поршнями исполнительного цилиндра.

6. Устройство по п.5, отличающее- с я тем, что участок рычага, вступающий в контакт с запорной арматурой, выполнен с регулируемой длиной, а гидролиния снабжена по меньшей мере двумя отводами, каждый с запорной арматурой, входящими в разные зоны исполнительного цилиндра.

7. Устройство по пп.5-6, отличающееся тем,, что., с целью увеличения производительности и исключения изгибающих моментов на валу от сил инерции и от смл тяжести элементов конструкции, оно дополнительно содержит по меньшей мере еще одну пару цилиндров, образуя группу цилиндров, из которой одноименные цилиндры прикреплены к валу в одних и тех же сечениях вала и расположены симметрично относительно друг друга.

8. Устройство по пп.5-7, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере две группы цилиндров, симметрично расположенных в каждой группе и прикрепленных на разных расстояниях вдоль вала.

U/ ,

Ч.У 3% 5 31 21 ZZ 8 11 fZ ff & Z3

Использование: в центрифугах, для склеивания деталей, для прессования изделий. Сущность изобретения: создаются большие усилия с помощью небольшой массы усиливающего поршня, что позволяет избавиться от сверхцентрифуг. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

1 JJ

i$ 10 13 S

7W/yy/// tt

Редактор С.КулаковаТехред М.Моргентал

Заказ 238Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Корректор Л. Фил ь