Силовой элемент
Предлагаемая полезная модель позволяет увеличить удельное рабочее усилие и рабочий ход силового элемента. Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием силового элемента, который согласно полезной модели, снабжен, по меньшей мере, одной дополнительной трубчатой эластичной камерой, при этом камеры расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости разъема корпуса, а каждая распирающая вставка своей наибольшей стороной опирается на две трубчатые эластичные камеры, в торцевых кольцевых полостях герметизирующих обойм размещены кольцевые упругие уплотнители и шайбы, через которые пропущены торцевые части эластичных камер, при этом шайбы установлены в этих полостях с возможностью выдвижения в зазор между торцами герметизирующих обойм и торцами разъемных частей корпуса под воздействием упругих уплотнителей.
Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в качестве домкратов или силового оборудования гидравлических прессов и других устройств для создания рабочего усилия.
Известен силовой элемент, включающий разъемный вдоль своей продольной оси корпус (состоящий из двух пуансонов), трубчатую эластичную камеру, установленную коаксиально внутри корпуса, распирающие вставки трапецеидального сечения, обращенные наибольшей стороной основания трапеции к эластичной камере и прилегающие боковыми гранями к поперечным скосам на внутренних поверхностях разъемных частей корпуса, размещенные между разъемными частями корпуса в герметизирующие обоймы в которых размещены концы эластичной камеры с закрепленные на концах эластичной камеры штуцеры утолщением на конце, предназначенными для подвода рабочего агента в эластичную камеру и отвода из нее воздуха, (SU, авт.св. 
1240121, Е21С 37/06, 1984).
Недостатками известного решения являются:
- необходимость изготовления дополнительных ложементов, обеспечивающих передачу усилия силового элемента на плиту пресса без значительных концентраций напряжений;
- возможные перекосы его подвижных частей, приводящие к неравномерности передачи усилия на подвижную плиту пресса, заклиниванию и разрыву эластичной камеры;
- изготовление разъемных частей корпуса связано со значительным количеством различных технологических операций по выполнению элементов, обеспечивающих надежное соединение эластичной трубчатой камеры с подводящими штуцерами.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является силовой элемент, содержащий разъемный вдоль своей продольной оси корпус, трубчатую эластичную камеру, установленную внутри корпуса вдоль его продольной оси, распирающие вставки трапецеидального сечения, обращенные наибольшей стороной основания трапеции к эластичной камере, прилегающие боковыми гранями к поперечным скосам на внутренних поверхностях разъемных частей корпуса, штуцеры подвода рабочего агента и отвода воздуха из камеры, закрепленные на ее концах, при этом силовой элемент дополнительно снабжен боковыми направляющими щеками, контактирующими с внешней боковой поверхностью разъемных частей корпуса, а внутренние поверхности боковых направляющих щек выполнены с поперечными выступами, которые размещены в проточках на внешней боковой поверхности разъемной части корпуса. (3аявка РФ: 96110850/28, от 10.06.1996)
Известное устройство лишено вышеперечисленных недостатков. Однако, недостатками известного технического решения являются:
- невозможность существенного увеличения удельного (на единицу массы) рабочего усилия;
- сравнительно небольшой ход.
Для достижения достаточного рабочего хода необходимо использовать трубчатую камеру большого диаметра, что приводит к значительному увеличению веса и габаритов изделия и ограничивает возможности его применения в качестве силового привода в машиностроительной оснастке. Удельное усилие силового элемента, при этом невозможно увеличить, так как существенно растет масса силового элемента.
Технический результат, решаемый предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции, позволяющей увеличить удельное рабочее усилие и рабочий ход силового элемента.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием силового элемента, содержащего разъемный вдоль своей продольной оси корпус, трубчатую эластичную камеру, установленную внутри корпуса вдоль его продольной оси, распирающие вставки трапецеидального сечения, обращенные большей стороной основания трапеции к эластичной камере, прилегающие боковыми гранями к поперечным скосам на внутренних поверхностях разъемных частей корпуса, герметизирующие обоймы, в которых размещены штуцеры подвода рабочего агента и отвода воздуха из камеры, закрепленные на ее концах, боковые направляющие щеки, контактирующие с внешней боковой поверхностью разъемных частей корпуса и имеющие на внутренних поверхностях поперечные выступы, которые размещены в проточках на внешних боковых поверхностях корпуса, который, согласно полезной модели, дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной трубчатой эластичной камерой, а каждая распирающая вставка своей большей стороной опирается на две трубчатые эластичные камеры, в торцевых кольцевых полостях герметизирующих обойм размещены кольцевые упругие уплотнители и шайбы, через которые пропущены торцевые части эластичных камер, при этом шайбы установлены в этих полостях с возможностью выдвижения в зазор между торцами герметизирующих обойм и торцами разъемных частей корпуса под воздействием упругих уплотнителей.
Для максимального увеличения удельного усилия при увеличенном, как описано выше, рабочем ходе силовой элемент может быть снабжен дополнительной парой трубчатых эластичных камер и дополнительной парой распирающих вставок трапецеидального сечения, установленных между парами камер в центральной части силового элемента и контактирующих своими боковыми гранями с дополнительными внутренними поперечными скосами разъемных частей корпуса.
В предлагаемой полезной модели параллельное расположение дополнительной эластичной камеры позволяет увеличить ход силового устройства при незначительном увеличении его веса и габаритов.
Размещение в торцевых кольцевых полостях герметизирующих обойм кольцевых упругих уплотнителей и шайб, установленных в этих полостях с возможностью выдвижения в зазор между торцами герметизирующих обойм и торцами разъемных частей корпуса под воздействием упругих уплотнителей, позволяет существенно увеличить давление рабочего агента, так как увеличение зазора, образующегося между торцами разъемных частей корпуса и торцами герметизирующих обойм в результате осевого давления на последние рабочего агента, компенсируется выдвижением шайб, на которые оказывает давление упругий уплотнитель, охватывающий проходящие через него и находящиеся под давлением торцевые участки эластичных камер.
Полезная модель также характеризуется тем, что расположенные по обе стороны от пары эластичных камер вставки трапецеидального сечения связаны между собой упругой связью, а также тем, что на внешней узкой части установленных между парами камер распирающих вставок трапецеидального сечения, выполнены шипы, которые входят в ответные им пазы с возможностью сближения распирающих вставок друг с другом до контакта внешней поверхности шипов с внутренней поверхностью пазов.
В предлагаемом силовом элементе, для развития полезного усилия, используют обеспеченное сжатием рабочего агента давление, по меньшей мере, двух эластичных камер, воздействующих на трапецеидальные распирающие вставки, а в случае использования двух пар камер и двух пар вставок, работает, фактически два силовых элемента, объединенных в одном корпусе, что позволяет существенно увеличить удельное усилие силового элемента.
А сдвоенные камеры увеличивают рабочий ход силового элемента без существенного увеличения его габаритов, даже при использовании одной пары камер. Это объясняется тем, что рабочее усилие силового элемента на 75-80% определяется шириной наибольшего основания трапецеидальной вставки, а при использовании сдвоенных камер эта ширина увеличивается в два раза, обеспечивая рост удельного усилия предлагаемого силового элемента.
Еще более эффективной конструкцией является вариант использования двух и более пар камер и соответствующего количества пар распирающих вставок. Тем более, что при этом габариты силового элемента (его ширина) сокращаются за счет того, что в предлагаемой полезной модели обеспечивается «взаимопроникновение» внутренних, расположенных между парами камер, трапецеидальных вставок по системе «шип - паз».
Прямоугольная форма рабочей камеры, в которую помещены эластичные трубчатые камеры, предполагает более простую технологию изготовления разъемных частей корпуса и трапецеидальных вставок за счет сокращения криволинейных участков изделий.
Направляющие щеки, контактирующие с боковыми торцами разъемных частей корпуса соединением «шип - паз» не только повышают жесткость конструкции силового элемента в целом, но и предотвращают перекосы трапециевидных вставок и пуансонов во время рабочего цикла.
На фиг.1 представлен поперечный разрез силового элемента;
на фиг.2 - вид сверху;
на фиг.3 - разрез силового элемента по линии А-А;
на фиг.4 - то же, локальный разрез Б-Б.
Рассмотрим вариант выполнения силового элемента, с двумя парами камер и двумя парами распирающих вставок.
Силовой элемент, содержит разъемный вдоль своей продольной оси корпус 1, четыре трубчатые эластичные камеры 2, установленную внутри корпуса вдоль его продольной оси, четыре распирающие вставки трапецеидального сечения 3, обращенные наибольшей стороной основания трапеции к эластичной камере 2, прилегающие боковыми гранями к поперечным скосам на внутренних поверхностях разъемных частей корпуса 1, герметизирующие обоймы 5, в которых размещены штуцеры подвода рабочего агента 6 и отвода воздуха из камеры 7, закрепленные на ее концах, боковые направляющие щеки 8, контактирующие с внешней боковой поверхностью разъемных частей корпуса 1, имеющие на внутренних поверхностях поперечные выступы 9, которые размещены в проточках на внешних боковых поверхностях разъемных частей корпуса 1, а каждая распирающая вставка трапецеидального сечения 3 своей большей стороной опирается на две трубчатые эластичные камеры 2, в торцевых кольцевых полостях герметизирующих обойм 5 размещены кольцевые упругие уплотнители 10 и шайбы 11, через которые пропущены торцевые части эластичных камер 2, при этом шайбы 11 установлены в этих полостях с возможностью выдвижения в зазор между торцами герметизирующих обойм 5 и торцами разъемных частей корпуса 1 под воздействием упругих уплотнителей 10.
Расположенные по обе стороны от пары эластичных камер вставки трапецеидального сечения связаны между собой упругой связью 12.
На внешней узкой части установленных между парами камер 2 распирающих вставок трапецеидального сечения 3, выполнены шипы 13, которые входят в ответные им пазы 14, с возможностью сближения распирающих вставок друг с другом до контакта внешней поверхности шипов с внутренней поверхностью пазов.
Боковые направляющие щеки 8 соединены с герметизирующими обоймами 5 посредством стяжных шпилек 15.
Предлагаемый силовой элемент работает следующим образом.
В начале рабочего цикла во все эластичные трубчатые камеры 2 через штуцера подвода рабочего агента 6 подают рабочий агент с одновременным отводом из них воздуха через штуцера отвода воздуха 7, закрепленные на противоположных концах трубчатых эластичных камер 2. После вытеснения воздуха из камер штуцера отвода воздуха 7 заглушают.
Под воздействием давления рабочего агента на боковые стенки эластичной трубчатой камеры 2 она расширяется и через распирающие вставки трапецеидального сечения 3 передает усилие непосредственно на разъемные части корпуса 1.
При этом распирающие вставки трапецеидального сечения 3, передают увеличенное в 1,6 раза усилие на разъемные части корпуса 1 (коэффициент усиления приведен для обычно используемого угла между боковыми скосами распирающих вставок трапецеидального сечения - 60 градусов).
В процессе рабочего цикла разъемные части корпуса 1 перемещается вдоль направляющих щек 8, при этом выступы на боковых поверхностях направляющих щек 2 скользят по проточкам на внешней боковой поверхности частей корпуса 1, предотвращая возможные перекосы и обеспечивая его плоскопараллельное перемещение и создание заданного усилия на объект воздействия.
Возникающий при достижении высокого давления рабочего агента зазор между герметизирующими обоймами 5 и разъемными частями корпуса 1 компенсируется выдвижением в этот зазор шайб 11 под воздействием упругих уплотнителей 10, на которые, в свою очередь оказывает давление контактирующие с основаниями уплотнителей 10 участки эластичных камер 2.
После выполнения рабочего цикла и сброса давления рабочего агента под воздействием упругих связей 12 пары распирающих вставок трапецеидального сечения 3 возвращаются в исходное положение. Разъемные части корпуса 1 также возвращаются в исходное положение под собственным весом и/или с помощью дополнительных возвратных пружин на прессе или домкрате (на чертеже не показаны).
Был изготовлен показанный на чертежах опытный образец предлагаемого силового элемента (с использованием двух пар камер и двух пар вставок).
Результаты испытаний показали, что удельное усилие силового элемента, по сравнению с однокамерным силовым элементом, в котором использовалась камера диаметром, равным двум диаметрам камеры опытного образца, увеличилось на 62%, а рабочий ход разъемных частей корпуса был увеличен на 15%.
При этом существенно снижены габариты силового элемента и увеличена его жесткость за счет направляющих щек.
С учетом надежной герметизации зазора между герметизирующими обоймами и разъемными частями корпуса с помощью компенсаторов (кольцевых упругих уплотнителей 10 и шайб 11), появилась возможность увеличить рабочее давление в гидросистеме силового элемента в 1,5-2 раза.
1. Силовой элемент, содержащий разъемный вдоль своей продольной оси корпус, трубчатую эластичную камеру, установленную внутри корпуса вдоль его продольной оси, распирающие вставки трапецеидального сечения, обращенные большей стороной основания трапеции к эластичной камере, прилегающие боковыми гранями к поперечным скосам на внутренних поверхностях разъемных частей корпуса, герметизирующие обоймы, в которых размещены штуцеры подвода рабочего агента и отвода воздуха из камеры, закрепленные на ее концах, боковые направляющие щеки, контактирующие с внешней боковой поверхностью разъемных частей корпуса и имеющие на внутренних поверхностях поперечные выступы, которые размещены в проточках на внешних боковых поверхностях корпуса, отличающийся тем, что силовой элемент дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной трубчатой эластичной камерой, а каждая распирающая вставка своей большей стороной опирается на две трубчатые эластичные камеры, а в торцевых кольцевых полостях герметизирующих обойм размещены кольцевые упругие уплотнители и шайбы, через которые пропущены торцевые части эластичных камер, при этом шайбы установлены в этих полостях с возможностью выдвижения в зазор между торцами герметизирующих обойм и торцами разъемных частей корпуса под воздействием упругих уплотнителей.
2. Силовой элемент по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной парой трубчатых эластичных камер и дополнительной парой распирающих вставок трапецеидального сечения, установленных между парами камер в центральной части силового элемента и контактирующих своими боковыми гранями с дополнительными внутренними поперечными скосами разъемных частей корпуса.
3. Силовой элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что расположенные по обе стороны от пары эластичных камер вставки трапецеидального сечения связаны между собой упругой связью.
4. Силовой элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что на внешней узкой части установленных между парами камер распирающих вставок трапецеидального сечения выполнены шипы, которые входят в ответные им пазы с возможностью сближения распирающих вставок друг с другом до контакта внешней поверхности шипов с внутренней поверхностью пазов.
