Гидроцилиндр с эффектом торможения

Полезная модель относится к гидроцилиндрам с эффектом торможения на конечных стадиях удлинения - сокращения. Гидроцилиндр содержит поршень со штоком, установленные в корпусе с крышками. В каждой крышке установлен обратный клапан, через который полость гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией. Гидроцилиндр снабжен тормозным клапаном, в корпусе которого установлен подпружиненный шток, один конец которого расположен в полости гидроцилиндра. Другой конец штока, выполненный с профилированной боковой поверхностью расположен в камере, выполненной в крышке и сообщенной с полостью гидроцилиндра. Внутренняя полость тормозного клапана связана с напорно-сливной гидролинией. Технический результат: гарантированное обеспечение расчетного торможения гидроцилиндра, снижение стоимости его изготовления, возможность более быстрого перемещения выходного звена на бестормозной части хода поршня, повышение КПД, надежности и ресурса гидропривода в целом. 2 н.п. ф-лы. 3 ил.

Полезная модель относится к объемным гидродвигателям, а именно к гидроцилиндрам, сообщающим выходному звену (штоку) поступательное движение и снабженным тормозными устройствами.

Известен гидроцилиндр с эффектом торможения (см. Артемьева Т.В. и др. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод. М.: Издательский центр «Академия», 2005, стр.273, рис.10.24), содержащий поршень со штоком, установленные в корпусе с крышками, в каждой из которых установлен обратный клапан, через который полость гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией, и тормозное устройство, выполненное в виде дросселя и гнезд в крышках и соответствующих указанным гнездам цилиндрических выступов, выполненных с обеих сторон поршня. При движении поршня в конце хода цилиндрические выступы перекрывают часть проходных отверстий для оттока рабочей жидкости из полости гидроцилиндра и осуществляют, тем самым, замедление (торможение) выходного звена (поршня со штоком) в конечных стадиях удлинения - сокращения гидроцилиндра.

Известный гидроцилиндр с эффектом торможения является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Недостатком прототипа является значительный разброс силы торможения двух и более одинаковых по схеме и номинальным размерам гидроцилиндров, а также существенное отклонение (уменьшение) фактического торможения от расчетного. Такая схема не обеспечивает ожидаемого эффективного торможения конечных стадий растяжения - сжатия (удлинения - сокращения), из-за чего приходится выбирать заведомо меньшие скорости перемещения штока на всем его ходе. При больших поступательных скоростях штока с поршнем недостаточность торможения конечных стадий его движения может привести к разрушению как самого гидроцилиндра, так перемещаемого объекта. Это связано с тем, что реальные гидроцилиндры состоят из нескольких взаимно вложенных деталей (гильзы, к которой крепятся крышка и букса, штока, к которому крепится поршень), каждая из которых изготовляется с определенными отклонениями (допусками) размеров и форм от номинальных значений, задаваемыми в чертежах. Как правило, эти отклонения складываются, что приводит к появлению значительной несоосности цилиндрических выступов поршней с гнездами на крышках. При достаточной близости их диаметров они будут "надирать" друг друга, увеличивая нерасчетные перетечки, загрязняя рабочую жидкость и увеличивая силу удара поршня по крышкам и перегрузки на перемещаемый гидроцилиндром объект. Если диаметры выполнить с достаточным для компенсации отклонений зазором, т.е. исключить контакт, то торможение будет неэффективным (недостаточным) из-за появления щели между гнездами и цилиндрическими выступами. Причем, чем больше номинальные диаметры гнезд и цилиндрических выступов, тем больше будет площадь нерасчетных щелей при одном и том же классе точности, что сделает практически невозможной работу двух параллельно включенных дросселей. В конечном счете придется выбирать заведомо меньшую скорость перемещения выходного звена на всем его ходе путем установки на линии слива или подачи рабочей жидкости последовательных дросселей, уменьшая при этом быстродействие и коэффициент полезного действия (КПД) всего гидропривода, содержащего такой гидроцилиндр. При этом также будет происходить избыточный нагрев рабочей жидкости, что приведет к снижению ресурса как самой жидкости, так и герметизирующих уплотнений. Например, если номинальный диаметр штока 50 мм, то минимально возможный диаметр цилиндрического выступа в штоковой полости гидроцилиндра будет 55 мм. Диаметры 55, выполненные по высшему (не инструментальному) классу точности Н7/f7 будут:

Для гнезда 55H7^+0,03. Его площадь будет в диапазоне

2375,832378,42 мм²;

Для цилиндрического выступа 55f7_(-0,03-0,06). Его площадь будет

2373,232370,65 мм².

При этом корпус гидроцилиндра, крышки, поршень и шток должны будут изготовляться по инструментальному классу точности (менее 0,01 мм), что на порядок увеличит их стоимость. Но и при этом минимальная и максимальная площади щели будут 2,6 мм² и 7,77 мм². Так как площадь проходных отверстий для такого цилиндра в конце тормозного пути сравнима (как правило меньше в несколько раз) с минимальной площадью щели, то два и более гидроцилиндра, выполненные по одному и тому же классу точности по торможению будут отличаться (пусть площадь дросселя 2 мм²) в несколько {[(7,77+2)7(2,6+2)] ²=4,5} раз! Сила удара при этом будет пропорциональна квадрату этого отношения (4,5²=20,25), что равнозначно отсутствию торможения. Кроме того, если такие гидроцилиндры будут работать параллельно, то появится большой крутящий момент, действующий на перемещаемый объект, что может вызвать его разрушение или недопустимую деформацию. Таким образом, реализация эффективного торможения конечных стадий растяжения - сжатия (удлинения - сокращения) в гидроцилиндрах, выполненных по схеме прототипа без подключения дополнительных внешних (расположенных вне гидроцилиндра) устройств невозможна даже при их изготовлении по высшему классу точности.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является:

1. Гарантированное обеспечение расчетного торможения конечных стадий удлинения-сокращения гидроцилиндра.

2. Снижение стоимости изготовления гидроцилиндра и всего гидропривода.

3. Возможность более быстрого перемещения выходного звена на бестормозной части хода поршня гидроцилиндра.

4. Повышение КПД, надежности и ресурса всего гидропривода, содержащего гидроцилиндр с предлагаемыми схемами.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидроцилиндре с эффектом торможения, содержащем поршень со штоком, установленные в корпусе с крышками, в каждой из которых установлен обратный клапан, через который полость гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией, и тормозное устройство, согласно полезной модели, в крышке выполнена камера, сообщенная с полостью гидроцилиндра, а тормозное устройство выполнено в виде тормозного клапана, в корпусе которого установлен подпружиненный шток, один конец которого расположен в полости гидроцилиндра, а другой, выполненный с профилированной боковой поверхностью, - в камере, выполненной в крышке, причем внутренняя полость тормозного клапана связана с напорно-сливной гидролинией.

Обратный клапан может быть установлен в полости, выполненной в средней части штока тормозного клапана и сообщенной с полостью гидроцилиндра и внутренней полостью тормозного клапана посредством каналов, выполненных в штоке тормозного клапана.

Кроме того, площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны полости гидроцилиндра не превышает площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны камеры, выполненной в крышке.

Заявляемая совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает гарантированное расчетное на отдельном гидроцилиндре и стабильное на различных экземплярах гидроцилиндров торможение на конечных стадиях их удлинения-сокращения, причем допуски на размеры деталей, осуществляющих торможение, не зависят от размеров основных деталей гидроцилиндра (корпус, поршень, шток), снижает себестоимость гидроцилиндра, увеличивает быстродействие и повышает надежность и КПД всего гидропривода.

Указанная выше совокупность существенных признаков полезной модели на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Заявляемая полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".

Полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан общий вид гидроцилиндра с эффектом торможения; на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1; на фиг.3 - то же, вариант размещения обратного клапана внутри штока тормозного клапана.

Гидроцилиндр содержит поршень 1 со штоком 2, установленные в корпусе 3 с крышками 4 и 5, в каждой из которых установлен обратный клапан 6, через который полость 7 гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией (на чертеже не показана) посредством каналов, выполненных в крышках 4, 5, и тормозного клапана, в корпусе 8 которого установлен подпружиненный шток 9. Один конец штока 9 расположен в полости 7 гидроцилиндра, а другой, выполненный с профилированной боковой поверхностью (например, с лыской 10 переменного сечения), - в камере 11, выполненной в крышке и сообщенной с полостью 7 гидроцилиндра, причем внутренняя полость 12 тормозного клапана связана с напорно-сливной гидролинией (не показана). С целью разгрузки, уменьшения массы и габаритов пружины тормозного клапана площадь торцовой поверхности штока 9 тормозного клапана со стороны полости 7 гидроцилиндра выполняется равной или меньшей площади торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны камеры 11, выполненной в крышке.

При недостаточности размеров крышки для размещения обратного клапана 6, последний может быть установлен в полости 13, выполненной в средней части штока 9 тормозного клапана (см. фиг.3). Полость 13 сообщена с полостью 7 гидроцилиндра и внутренней полостью 12 тормозного клапана посредством каналов, выполненных в штоке 9.

Работа гидроцилиндра осуществляется следующим образом.

В начальном (сложенном) положении шток 2 с поршнем 1 прижат к крышке 4 гидроцилиндра, при этом подпружиненный шток 9 тормозного клапана занимает крайнее левое положение, полностью сжимая пружину. Площадь проходных отверстий (дросселирующей щели), связывающих камеру 11, выполненную в крышке, с внутренней полостью 12 тормозного клапана, имеет при этом минимальное значение (может быть близка к нулю), что соответствует максимальной площади сечения дросселирующей части штока 9 тормозного клапана.

При необходимости удлинения гидроцилиндра рабочую жидкость подают по напорной линии через канал, выполненный в крышке 4, и обратный клапан 6 в поршневую полость гидроцилиндра, осуществляя выдвижение штока 2 с поршнем 1. По достижении поршнем 1 левого конца штока 9 тормозного клапана правой крышки 5 и его дальнейшем движении вправо до полного выдвижения штока 2 происходит торможение слива рабочей жидкости из штоковой полости гидроцилиндра за счет постепенного уменьшения площади проходных отверстий (дросселирующей щели), сообщающих камеру 11 и внутреннюю полость 12 тормозного клапана.

Процесс перемещения поршня 1 со штоком 2 влево и его торможения в конце хода посредством тормозного клапана крышки 4 при сокращении гидроцилиндра полностью аналогичен описанному выше при его удлинении.

1. Гидроцилиндр с эффектом торможения, содержащий поршень со штоком, установленные в корпусе с крышками, в каждой из которых установлен обратный клапан, через который полость гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией, и тормозное устройство, отличающийся тем, что в крышке выполнена камера, сообщенная с полостью гидроцилиндра, а тормозное устройство выполнено в виде тормозного клапана, в корпусе которого установлен подпружиненный шток, один конец которого расположен в полости гидроцилиндра, а другой, выполненный с профилированной боковой поверхностью, - в камере, выполненной в крышке, причем внутренняя полость тормозного клапана связана с напорно-сливной гидролинией.

2. Гидроцилиндр по п.1, отличающийся тем, что обратный клапан установлен в полости, выполненной в средней части штока тормозного клапана и сообщенной с полостью гидроцилиндра и внутренней полостью тормозного клапана посредством каналов, выполненных в штоке тормозного клапана.

3. Гидроцилиндр по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны полости гидроцилиндра не превышает площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны камеры, выполненной в крышке.