ПОРШЕНЬ, ПОДВЕРГАЮЩИЙСЯ С ДВУХ СТОРОН ДАВЛЕНИЮ ГАЗООБРАЗНОЙ ИЛИ ЖИДКОЙ СРЕДЫ Советский патент 1937 года по МПК B30B15/22 

Цель изобретения - дать возможность при наличии газообразной или жидкой среды определенного удельного давления работать с желаемым удельным давлением в рабочем цилиндре и поддерживать это удельное давление в рабочем цилиндре по мере надобности. Для достижения этого в предлагаемом поршне, выполненном ступенчатым, загружается не вся площадь поршня сразу, а по частям, в желаемой степени, благодаря чему в золотниковой камере, а вместе с этим и в рабочем цилиндре получаются промежуточные удельные давления между максимумом и минимумом их, в зависимости от того, сколько (и каких) ступеней поршня вводится в работу. Включение в работу того или иного количества ступеней производится при помощи, например, золотника, перекрывающего соответствующее число трубопроводов, подающих газ или жидкость от общего источника давления к отдельным ступеням.

Таким образом, поршень предназначен для изменения постоянных удельных давлений газов или жидкостей в новое переменное удельное давление, зависимое в своих изменениях: 1) от величины постоянных удельных давлений, 2) количества их, 3) формы поршня и 4) положения золотников или зарядных скалок.

На чертеже фиг. 1 изображает схематически предлагаемый поршень в продольном разрезе; фиг. 2 - то же, вариант устройства; фиг. 3-8 - разрезы по аа, bb, сс, dd, ее и фиг. 2; фиг. 9 и 10 - кривые алгебраических сумм усилий от давлений в камерах поршня при движении скалок по его каналу.

Поршень 17 (фиг. 1) имеет с наружной стороны ряд уступообразных кольцевых выемок (ступеней), которыми он, входя в соответствующие места в корпусе 30 цилиндра, образует с корпусом ряд кольцевых (или другой формы) камер 18.

При поступлении газа или жидкости зарядного давления через канал 25 под выточку 29 золотника 19 и далее через каналы 20 в камеры 18 поршень 17 приходит в движение в ту или иную сторону по продольной своей оси и производит посредством скалки 21 и золотника 22 повышение или понижение давления в камере А, открывая канал 24 для впуска и канал 23 для выпуска из камеры А газа или жидкости.

Таким образом, наполнение камер 18 производится посредством штока 28 и золотника 19, прижатого к золотниковому зеркалу пружиной 27, перекрывая каналы трубопроводов 20. Опорожнение камер 18 производится посредством того же золотника 19 путем открывания трубопроводов 20. Тогда газ или жидкость уходит по трубопроводам 20 из камер 18 в камеру В и оттуда по каналу 26 в атмосферу или в пространство с более низким давлением, чем давление газа или жидкости, поступающего через канал 25.

Процесс может быть обратным: газ или жидкость высокого зарядного давления может поступать в камеры 18 через канал 26, камеру 13 и трубопроводы 20, а отвод газа или жидкости из камер 18 в атмосферу или пространство с более низким давлением чем зарядное, происходит через каналы 20, выточку 29 золотника 19 и канал 25.

На чертеже указан один золотник 19 (для наиболее простой схемы устройства) для подвода одного зарядного давления. При двух и более зарядных давлениях золотников может быть более одного.

В варианте устройства ступенчатого золотника по фиг. 2 при движении по каналу 13 поршня 1 скалок 2 и 3, заряженных газом или жидкостью определенного давления, поступающим через каналы 14 и 15, газ или жидкость под давлением поступает далее для скалки 2 через каналы 4 и 7 и для скалки 3 - через каналы 5 и 7 в камеры 8, где, имея с одной стороны неподвижную стенку корпуса 16, а с другой стороны кольцевой (или другой формы) выступ поршня 1, давит на поршень 1, в каждой заряженной камере с силой, равной удельному давлению газа или жидкости, помноженному на кольцевую площадь камеры 8 поршня 1. При этом, в зависимости от положения кольцевой площади камеры 8 в отношении стенки корпуса, каждая камера будет придавать поршню 1 движение в ту или другую сторону по продольной оси поршня. Если движение поршня 1 к камере А обозначим через плюс, а движение поршня 1 от камеры А через минус, то стенки корпуса в камерах 8 произведут следующее действие: газ или жидкость, находясь в камере 8, имеющей неподвижную стенку корпуса слева (по чертежу), будет толкать поршень 1 вправо, т.е. создаст движение плюс, а газ или жидкость, находясь в камере 8, имеющей неподвижную стенку справа (по чертежу), будет толкать поршень 1 влево, т.е. создаст движение минус. Давление в камерах 8, помноженное на пощади рабочих камер 8, алгебраически слагается в одну силу, от которой поршень 1 придет в движение со знаком плюс или минус.

На чертеже вычерчена кривая для той формы поршня 1, которая произвольно взята для поршня 1 на чертеже, причем скалка 2, двигаясь по каналу 13 внутри поршня 1, создает движение поршня 1 только в камере А, т.е. плюс, а скалка 3 при этом движении создает движение поршня 1 и от камеры А и к камере А, т.е. плюс и минус.

При минусе канал 12 будет открыт золотником 9 и давление в камере А будет понижаться, пока давление камеры 8 со знаком плюс не превысит усилия на поршне 1 от камер со знаком минус, вследствие чего золотник 9 перекроет канал 12, создав в камере А удельное давление, равное усилию на поршне 1, деленному на площадь поршня 1, выходящую в камеру А, т.е. усилие на поршне 1, полученное от камер 8, уравновешивается удельным давлением газа или жидкости в камере A, помноженным на площадь поршня 1, выходящую в камеру А. При том положении скалок 2 и 3, которое они занимают на чертеже, усилие на поршне 1 от скалки 2 равняется ординате плюс у, а от скалки 3 равняется ординате минус у, почему поршень 1 получит движение от усилия, равного плюс у плюс (минус) у¹, а так как ордината у¹ больше плюс у, то движение поршня 1 будет происходить в направлении минус, т.е. камеры А.

Соответствующим подбором рабочих площадей камер 8 и положением их относительно неподвижных стенок корпуса для различных давлений газов и жидкостей можно составить любые кривые усилий.

Так как кривые усилий для скалок 2 и 3 составлены для давления 1, то окончательное усилие на поршне 1 будет зависеть от тех давлений газов или жидкостей, которыми будут заряжены скалки 1 и 3, т.е. если давление на скалке 2 равняется Q, а давление на скалке 3 равняется Q₁, то давление на поршне 1 равно + yQ+(-y¹Q₁).

Так как ордината плюс у примерно в два раза меньше ординаты минус у¹, то, чтобы движение поршня 1 приняло направление плюс, давление газа или жидкости в скалке 2 должно быть в два раза больше давления в скалке 3, т.е.

+y Q>(-y¹Q₁)

при 2 Q₁=Q будет равновесие, при 2 Q₁>Q - отрицательное движение.

Если в частном случае кривая будет задана ранее, а давления Q и Q₁ будут известны, как постоянные, то из подбора рабочих площадей камер 8 с их знаком и движения скалок 2 и 3 можно найти необходимую для данного случая внешнюю форму поршня 1.

На чертеже внешняя форма поршня 1 взята произвольно и из этой формы выведены кривые для скалки 2 (фиг. 9) и скалки 3 (фиг. 10) при давлении газа или жидкости, равном 1. Если газ или жидкость в скалке 2 будет иметь давление Q, а в скалке 3 Q₁, ординаты же алгебраической суммы усилий под каждой камерой 8 от скалки 2 обозначим, считая слева направо, через плюс

+y₁+y₂+y₃+ …. +y₁₂,

а для скалки 3 через

+y¹ ₁, + y¹ ₂+ …. y¹ ₁₂,

то при действии одной скалки 2 можно получить 12 разных усилий:

+y₁Q …. +y₁₂Q,

а при действии одной скалки 3 можно получить 12 разных усилий:

+y¹ ₁ Q₁ …. - у¹ ₁₂ Q₁.

При установке скалки 2 под первой слева камерой 8, получим посредством скалки 3 11 разных усилий:

+у₁ Q+(+y¹ ₂ Q₁)

+y₁ Q +(y¹ ₃, Q₁);

+y₁ Q+(+y¹ ₄ Q₁) …. +y₁ Q+(-y¹ ₁₂ Q₁)

При установке скалки 2 под второй слева камерой 8 получим посредством скалки 3 10 разных усилий:

y₂ Q+(+y¹ ₃ Q₁)

+y₂ Q+(+y¹ ₄ Q₁) …. +y₂ Q+(+y¹ ₁₂ Q₁).

Продолжая также для остальных камер 8 для скалки 2 и проделав то же для скалки 3, получим 78 разных усилий для скалки 2 и 78 разных усилий для скалки 3, а всего 156 разных усилий, которые возможно получить посредством 12 камер 8 поршня 1 от скалки 2 и 3 при двух постоянных давлениях Q и Q₁. Имея возможность получить посредством передвижения скалок 2 и 3 все эти 156 разных усилий в любом последовательном порядке, можно построить кривую давлений в камере А в самых разнообразных видах.

Передвигаясь, поршень 1 посредством скалки 10 передвигает золотник 9 и открывает канал 11 или 12, впуска или выпуска, устанавливая в камере А давление, уравновешивающее давление поршня 1, после чего каналы 11 и 12 перекрываются.

Как упоминалось выше, удельное давление в камере А равно усилию на поршне 1, деленному на площадь поршня, выходящую в камеру А (фиг. 2). Когда зарядные скалки 2 или 3 частично или полностью освобождают канал 13 поршня 1, газ или жидкость из камер 8 устремляются по каналам 7, 13, 6 или в атмосферу или в пространство, имеющее более низкое давление, чем давление газа или жидкости, поступающего через каналы 14 и 15 для зарядки камер 8. Когда канал соединен не с атмосферой, а с пространством, имеющим давление выше атмосферного, но ниже зарядного, давление его в камерах 8 должно учитываться при определении усилий на поршне 1, так как это давление является таким же зарядным давлением, как и давление газа или жидкости, поступающего со скалок 2 или 3. Наибольшее зарядное давление может поступать по каналу 6 и тогда отвод газа или жидкости происходит по скалкам 2 и 3.

При наивысшем давлении со скалки 3 отвод будет происходить по скалке 2 и каналу 6, если давление газа или жидкости, поступающего по каналу 6, выше зарядного давления скалки 3. Если кольцевым каналам 8 поршня 1 придать винтовую форму, не соединяя их между собой, то поршень 1 кроме поступательного движения будет иметь также некоторое вращательное около оси движение.

Кривая повышения и понижения удельного давления в камере А получается в зависимости: 1) от количества ступеней поршня 1, образующих камеры 8, 2) горизонтальных и вертикальных размеров камер 8, 3) величины рабочей площади камер 8, 4) от диаметров поршня 1, 5) от длины поршня 1, 6) хода поршня 1, 7) положения камер 8 в отношении стенки корпуса, 8) от алгебраической суммы усилий на поршне 1 от давлений в камерах 8, 9) от местоположения; скалок 2 и 3 в канале 13, 10) от величины постоянных удельных давлений газов или жидкости, поступающих через каналы 14 и 15, 11) от площади поршня 1, выходящей в камеру А.

Кривая удельных давлений в камере A имеет максимумом удельное давление, поступающее через впускной канал 11, и минимумом удельное давление в пространстве, соединенном с камерой A посредством канала 12 служащего для отвода газа или жидкости из камеры A.

Предлагаемый поршень предназначается для применения в прессах, различных машинах, тормозах и т.п.

Поршень, подвергающийся с двух сторон давлению газообразной или жидкой среды, отличающийся тем, что он выполнен ступенчатым и помещен в ступенчатой же формы цилиндр, каждая из ступеней которого питается через особый трубопровод от одного или нескольких источников давления, с целью изменения давления на поршень включением, например, при помощи золотников одного или нескольких того или иного количества трубопроводов 20, подающих средство давления к отдельным ступеням цилиндра.