Поршень гидроцилиндра

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к гидроприводу, и может быть использовано в гидроцилиндрах сельскохозяйственной техники с возвратно-поступательным движением поршня и предназначено для повышения надежности, и работоспособности поршневых гидроцилиндров и снижении затрат при их эксплуатации. Сущностью разработки является то, что на поршне гидроцилиндра эластичные уплотнительные элементы установлены встречно и выполнены из полиуретана, а наружная рабочая кольцевая направляющая поверхность манжет по направлению к торцам поршня переходит в расширяющую коническую поверхность, с наклоном образующей от 5° до 10° имеющую по три треугольных уплотнительных пояска на конусной поверхности глубиной порядка 0,5 мм, с углом при вершине 90°, при этом манжеты выполнены из полиуретана марки СКУ-ПФЛ-100 по ТУ 38103137-78.

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к гидроприводу, и может быть использовано в гидроцилиндрах сельскохозяйственной техники с возвратно-поступательным движением поршня и предназначено для повышения надежности, и работоспособности поршневых гидроцилиндров и снижении затрат при их эксплуатации.

Известно авторское свидетельство 1610160 «Сборный поршень», опубликованное 30.11.1990, бюл. 44, включающий в себя двухстороннее опорное кольцо, резиновые манжеты, прижимные шайбы. Недостатками конструкции являются сложное изготовление специального корпуса поршня и использование резины в качестве материала для изготовления уплотнительных элементов, которые при отрицательных температурах и работе в кислотных средах разрушаются, то есть ухудшаются физико-механические свойства снижая надежность работы гидроцилиндров и повышая затраты на эксплуатацию механизмов.

Известен также поршень силового гидроцилиндра в котором, эластичный уплотнительный элемент залит на корпусе поршня из полиамида марки П-610Л в пресс-форме и в статическом состоянии имеет наружную торовую поверхность с радиусом от 1 до 1,5 диаметра гидроцилиндра и ширину от 0,2 до 0,3 того же диаметра, причем уплотнительный элемент залит в установочной канавке Т-образной формы, имеющей в верхней части (наружной) форму ласточкиного хвоста (см. Патент РФ 2194204, Опубл. 10.12.2002. Бюл. 34).

При хорошем качестве работы такого поршня его недостатками являются сложность изготовления поршня и в особенности перссформы для заливки и применение в качестве уплотнительного материала полиамида, требующего использование специального литьевого оборудования.

Задачей полезной модели является расширение ассортимента уплотнительных элементов с повышением надежности и работоспособности поршня с уплотнительными элементами при упрощении конструкции поршня и снижении его стоимости и затрат на эксплуатацию.

Задача решается тем, что используют поршень силового гидроцилиндра, содержащий корпус поршня и установленные на нем эластичные уплотнительные элементы (манжеты), при этом эластичные уплотнительные элементы изготовлены сменными, установлены встречно и выполнены из полиуретана, а их рабочие поверхности имеют несколько ушютнительных треугольных поясов на наружной и внутренней посадочными расширяющимся коническим поверхностями глубиной порядка 0,5 мм и торцевую конусную кольцевую канавку, под фиксирующие упоры, причем уплотнительные пояски манжет в сечении имеют треугольную форму с углом при вершине 90°, а количество поясков равно трем и выполнены манжеты из полиуретана марку СКУ-ПФЛ-100 по ТУ 38103137-78, при этом расширяющиеся конические поверхности выполнены с наклоном образующей от 5° до 10°.

На фиг.1 представлен общий вид гидроцилиндра в разрезе с поршнем предложенной конструкции (схема).

На фиг.2 представлен поперечный разрез предложенного уплотнительного элемента изготовляемого из полиуретана, где D - диаметр гидроцилиндра в мм; d₁ - диаметр штока в мм; - угол расширения равный от 5° до 10°.

Конструкция, представленная на фиг.1, включает себя корпус поршня 6, который находится в гидроцилиндре 1, установлен на штоке 5 и зафиксирован гайкой 2. Поршень 6 имеет уплотнительные манжеты 4, установленные встречно и поджатые упорными шайбами 3.

Форма уплотнительных элементов (манжет) фиг.2 их уплотнительных поясков и углы расширения ( от 5° до 10°) были подобраны опытным путем и сформированы так, чтобы при работе уплотнительный элемент не выдавило давлением масла, при этом за счет данной формы полиуретановой уплотнительный элемент под давлением масла несколько деформируется и поджимается к зеркалу цилиндра 1.

На фиг.2 видно, что у манжеты конусная расширяющая поверхность имеет три кольцевые возвышенности с закруглениями в верхней их части, которые из условий жидкостного трения при установившемся движении уменьшат коэффициент трения между рабочей поверхностью манжеты и зеркалом гидроцилиндра, при том наклонная поверхность относительно центра оси расположены под углом 45°, и относительно друг друга образуют угол в 90°. Так же на конусной поверхности расширяющейся на угол манжеты между 3^х возвышенностей имеются две впадины, глубина которых порядка 0,5 мм.

Предложенная конструкция работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости с той или иной стороны поршня производится дополнительное поджатие уплотнительных элементов 2 и 3, а также при работе создается смазывающая пленка между зеркалом цилиндра и уплотнительным элементами, что снижает износ уплотнительных элементов. Проведенные сравнительные испытания при статистическом и динамическом режиме серийных резиновых манжет и опытных полиуретановых уплотнений с коническими поверхностями расширения и треугольными поясками на испытательном стенде в экспериментальной лаборатории кафедры графики и деталей машин Уральской Государственной Сельскохозяйственной академии показали, что в течении 6 часов давление масла у резины упало на 3%, а у полиуретановых на 2%. Также проведенные испытания показали, что полиуретановые манжеты из полимера марки СКУ-ПФЛ-100 по ТУ 38103137-78 по своим физико-химическим и эксплуатационным свойствам не уступают серийным резиновым манжетам, а по наработке их превосходят. Дополнительно были проведены длительные производственные испытания полиуретановых уплотнений экспериментальной серии на гидроцилиндр диаметром 80 мм в АОЗТ «Форлекс», где были поставлены опытные образцы в гидроцилиндры на бульдозер и испытания показали, что срок службы у поршней с предложенными полиуретановыми уплотнениями по сравнению с поршнями, на которых установлены серийные резиновые манжеты, в 3-5 раз больше.

Предложенная конструкция уплотнительных элементов - манжет обеспечивает простой монтаж и демонтаж разборного поршня. Оптимальные размеры уплотнительных элементов будут зависеть от рабочего давления жидкости, физико-механических свойств полиуретанового материала. Выбор и расчет этих параметров производится на основе гидродинамической теории смазки. При высоком давлении жидкости и упругом поджатии предложенные уплотнительные элементов обеспечивают надежную смазочную пленку в условиях граничного трения. В условиях смазки коэффициент трения между полиуретаном и металлом будет минимальным, поэтому износ будет незначителен.

Проведенные лабораторные и производственные испытания показали, что предложенная конструкция работоспособна, проста в эксплуатации, надежна в работе и может быть рекомендована в производство для установки в гидроцилиндры сельскохозяйственных и строительных машин работающих в сложных и агрессивных условиях эксплуатации.

1. Поршень гидроцилиндра, содержащий корпус поршня и установленные на нем эластичные уплотнительные элементы - манжеты, закрепленные упорными шайбами, отличающийся тем, что эластичные уплотнительные элементы установлены встречно и выполнены из полиуретана, а наружная рабочая кольцевая направляющая поверхность манжет по направлению к торцам поршня переходит в расширяющуюся коническую поверхность с наклоном образующей от 5° до 10°, имеющую по несколько треугольных уплотнительных поясков на конусной поверхности глубиной порядка 0,5 мм, при этом манжеты имеют торцевую кольцевую канавку для фиксирующих упоров.

2. Поршень гидроцилиндра по п.1, отличающийся тем, что внутренняя посадочная поверхность манжет имеет направляющую и сужающуюся уплотнительную поверхности, причем сужение уплотнительной поверхности направлено в сторону расширения наружной рабочей поверхности и имеет треугольные уплотнительные пояски.

3. Поршень гидроцилиндра по п.1, отличающийся тем, что уплотнительные пояски на конических поверхностях манжет в сечении имеют треугольную форму с углом при вершине 90°, при этом количество поясков равно трем.