Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЦИЛИНДР

Изобретение относится к области гидроаппаратуры и может быть использовано в технологическом оборудовании, в частности, в гидравлических системах регулирования давления противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов в качестве гидравлических цилиндров противоизгиба, компенсирующих износ рабочих валков в процессе эксплуатации и обеспечивающих планшетность прокатываемой полосы.

Известен гидравлический цилиндр, содержащий корпус с отверстием для подвода рабочей жидкости, установленный в корпусе плунжер, подвижное соединение которого с крышкой корпуса снабжено грязесъемным кольцом и уплотнительным элементом, размещенными в крышке, при этом плунжер выполнен с образованием кольцевой штоковой полости в подвижном соединении с корпусом со стороны грязесъемного кольца. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов /Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. - 2-е изд. перераб. - М.: Машиностроение, 1982, - с. 350 - 351, рис. 3.54a).

В тяжелых условиях эксплуатации известного гидравлического цилиндра при наличии воды и абразивных частиц во внешней среде наблюдается попадание механических примесей в кольцевую штоковую полость и подвижное соединение между корпусом цилиндра и плунжером, обусловленное тем, что при втягивании плунжера внутрь полости корпуса цилиндра в кольцевой штоковой полости создается разряжение, приводящее, к затягиванию из внешней среды воды с абразивными частицами окалины, грязи и других механических примесей. Это вызывает повышенный износ как поверхностей плунжера, так и полости гидравлического цилиндра, и в конечном итоге приводит к выходу его из строя. Кроме того, в результате ускоренного износа снижается надежность и долговечность уплотнений подвижного соединения плунжера с корпусом гидравлического цилиндра, что приводит к наружным утечкам масла по штоковой части плунжера, попаданию воды с частицами окалины и грязи в рабочую жидкость гидравлической системы.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является взятый заявителем в качестве прототипа гидравлический цилиндр, содержащий корпус (подушку верхнего рабочего валка) с крышкой, в котором имеется отверстие для подвода рабочей жидкости, гильзу, размещенную в полости корпуса и закрепленную на прессовой посадке со стороны крышки, при этим дно гильзы выполнено с отверстием, сообщенным с отверстием в корпусе для подвода рабочей жидкости, плунжер, установленный в корпусе, уплотнительные элементы. Механическое оборудование широкополосных станов горячей прокатки /В.Г.Макогон, Г.Г.Фомин, П. С.Гринчук, В.С.Глазков - Владимир: Металлургия, 1969, с. 99, рис. 74.

Наличие гильзы, установленной в корпусе гидравлического цилиндра, которую можно легко заменить в случае износа ее поверхностей, предохраняет внутренние поверхности корпуса от износа, что особенно важно в случае, когда корпусом является громоздкая и сложная в изготовлении подушка рабочего валка, так как неограниченно увеличивает ее долговечность.

При подаче рабочей жидкости в рабочую полость она попадает одновременно в зазор между наружными поверхностями гильзы и поверхностями полости корпуса и сила давления жидкости воздействует на дно гильзы с противоположных сторон - с внешней стороны (со стороны полости корпуса и подачи рабочего давления) и с внутренней стороны (со стороны рабочей полости). Причем эффективная площадь гильзы со стороны полости корпуса равна площади круга, диаметр которого равен диаметру наружной поверхности гильзы, и превышает эффективную площадь гильзы со стороны рабочей полости, равную площади кольца, наружный диаметр которого равен диаметру внутренней поверхности гильзы, а внутренний диаметр равен диаметру отверстия в дне гильзы для подачи рабочей жидкости. Это обстоятельство приводит к тому, что на гильзу постоянно действует сила давления жидкости с внешней стороны ( со стороны полости корпуса), направленная вдоль ее оси и стремящаяся вытолкнуть гильзу из прессовой посадки в корпусе. При больших давлениях рабочей жидкости не исключена ситуация, когда усилие давления жидкости на гильзу с внешней стороны превышает усилие, создаваемое прессовой посадкой. Это приводит к неизбежному выдавливанию гильзы из корпуса и выходу конструкции из строя, что снижает ее надежность.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание гидравлического цилиндра, предотвращающего возможность выдавливания гильзы из корпуса гидравлического цилиндра за счет создания разницы усилий, создаваемых силой гидравлического давления рабочей жидкости, обеспечивающей прижатие гильзы к корпусу в осевом направлении, что повышает, в свою очередь, надежность гидравлического цилиндра.

Для решения поставленной задачи в известном гидравлическом цилиндре, содержащем корпус с крышкой и отверстием для подвода рабочей жидкости, гильзу, размещенную в полости корпуса, дно которой выполнено с отверстием, сообщенным с отверстием для подвода рабочей жидкости, плунжер, установленный в корпусе, уплотнительные элементы, согласно изобретению отверстие в дне гильзы выполнено соосным плунжеру, при этом дно гильзы снабжено кольцевым эластичным уплотнением в соединении с дном полости корпуса, размещенным вокруг сообщенных отверстий, а эффективная площадь гильзы со стороны рабочей полости гидравлического цилиндра превышает ее эффективную площадь со стороны подачи рабочего давления.

Следует отметить, что эффективная площадь гильзы со стороны рабочей полости гидравлического цилиндра равна площади кольца, наружный диаметр которого равен диаметру внутренней поверхности гильзы, а внутренний диаметр равен диаметру отверстия в дне гильзы для подвода рабочей жидкости. Эффективная площадь гильзы со стороны полости корпуса гидравлического цилиндра (со стороны подачи рабочего давления) равна площади кольца, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру кольцевого эластичного уплотнения, а внутренний диаметр равен диаметру отверстия в дне гильзы для подвода рабочей жидкости. В то же время результирующая эффективная площадь со стороны рабочей полости и полости корпуса равна разности упомянутых эффективных площадей, имеющих разные знаки.

Наличие в дне гильзы соосного плунжеру отверстия и кольцевого эластичного уплотнения в соединении с дном корпуса, размещенного вокруг сообщенных отверстий, при условии, что эффективная площадь гильзы со стороны рабочей полости превышает ее эффективную площадь со стороны подачи рабочего давления, создает условия, при которых разница усилий, создаваемых силой гидравлического давления рабочей жидкости, воздействующих на гильзу, обеспечивает гарантированное поджатие гильзы к корпусу в осевом направлении. При этом сила давления жидкости, действующая на гильзу, передается на корпус, не нагружая гильзу. В результате исключается вероятность выдавливания гильзы из корпуса гидравлического цилиндра при любых значениях рабочего давления и, как следствие, повышается надежность гидравлического цилиндра. В то же время результирующее усилие, воздействующее на гильзу в направлении к поверхности дна корпуса, обеспечивает дополнительное поджатие кольцевого эластичного уплотнения к поверхности дна корпуса гидравлического цилиндра, что улучшает условия работы этого уплотнения и способствует повышению надежности устройства в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена конструктивная схема гидравлического цилиндра.

Гидравлический цилиндр содержит корпус 1 с крышкой 2 и отверстием 3 для подвода рабочей жидкости, гильзу 4, размещенную в полости 5 корпуса 1, дно которой выполнено с отверстием 6, сообщенным с отверстием 3 для подвода рабочей жидкости, плунжер 7, установленный в корпусе 1, уплотнительные элементы 8. Отверстие 6 в дне гильзы 4 выполнено соосным плунжеру 7, при этом дно гильзы 4 снабжено кольцевым эластичным уплотнением 9 в соединении с дном полости 5 корпуса 1, размещенным вокруг сообщенных отверстий 6, 3. Эффективная площадь гильзы 4 со стороны рабочей полости 10 гидравлического цилиндра превышает ее эффективную площадь со стороны подачи рабочего давления. Гильза 4 может быть выполнена составной из нескольких сменных частей - цилиндрических боковых 11, 12 и донной части 13 с уплотнением 14 в соединении с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1. В этом случае появляется преимущество по технологичности за счет облегчения изготовления и сборки конструкции. В то же время составная конструкция позволяет производить замену только изношенных частей, что облегчает и удешевляет обслуживание.

Гидравлический цилиндр работает следующим образом.

Рабочая жидкость, подаваемая под давлением через отверстие 3, сообщенное с отверстием 6 в дне гильзы 4, воздействует на гильзу 4 по результирующей эффективной площади, равной разности эффективных площадей гильзы со стороны рабочей полости 10 и со стороны полости 5 корпуса 1, и поджимает ее вдоль оси в направлении к дну полости 5 корпуса 1. Одновременно осуществляется поджатие кольцевого эластичного уплотнения 9 в том же направлении. В результате исключается вероятность выдавливания гильзы 4 из полости 5 корпуса 1.

Таким образом, в заявленном гидравлическом цилиндре предотвращается возможность выдавливания гильзы из корпуса за счет создания разницы усилий, создаваемых силой гидравлического давления рабочей жидкости, обеспечивающей прижатие гильзы к корпусу в осевом направлении, что повышает, в свою очередь, надежность гидравлического цилиндра.