КОМБИНИРОВАННЫЙ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ГИДРОЦИЛИНДР ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к гидравлическим механизмам телескопического типа, а именно к силовым объемным гидравлическим двигателям с прямолинейным возвратно-поступательным движением двухстороннего действия, и может быть использовано в судостроительной, машиностроительной и других областях промышленности.

Известны телескопические гидроцилиндры (ГЦ) двухстороннего действия с односторонними штоками для реализации больших ходов в условиях недостаточности пространства, которое мало для размещения обычного поступательного гидродвигателя (ГД), величина хода которого лимитируется длиной собранного цилиндра и в этих условиях всегда меньше длины требуемого хода. /Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974, с.516-518, рис.216а/. Такие многоцилиндровые гидроцилиндры содержат большой цилиндр, в котором расположен поршень большого диаметра со штоком, имеющим внутреннюю полость, в которой помещен поршень меньшего диаметра со своим штоком. Большой цилиндр, поршни и штоки расположены концентрично и имеют возможность относительного и последовательного перемещения, причем сумма их ходов равна общему ходу выходного звена. Подвод (отвод) рабочей жидкости одновременно осуществляется как к подвижному, так и к неподвижному элементам, а именно в общую поршневую полость и отдельные штоковые полости. Недостатками известных телескопических гидроцилиндров является необходимость использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды к подвижным частям гидроцилиндров, а также недостаточность функциональных возможностей, которая обусловлена отсутствием обеспечения, кроме последовательного, также и независимого действия ступеней ГЦ.

Известен телескопический ГЦ двухстороннего действия с односторонними штоками, обеспечивающий одновременное выдвижение всех ступеней /Подгорный Ю.П. Гидравлические приводы средств наземного обслуживания самолетов. М.: Транспорт, 1980, с.63,65, рис.4.8/. Гидроцилиндр состоит из корпуса и трех цилиндров, которые образуют три камеры прямого давления и три камеры противодавления, при этом камера противодавления цилиндра предыдущей ступени и камера прямого давления цилиндра последующей ступени попарно сообщены с образованием замкнутой объединенной полости, которых у гидроцилиндра две. Жидкость от насоса при прямом ходе подается в камеру прямого давления корпуса. Для заполнения гидроцилиндра жидкостью служат обратные клапаны, смонтированные в днищах поршней (кроме поршня штока). Из камеры противодавления штока жидкость отводится через шток.

Для обратного хода жидкость подается через шток в камеру противодавления штока, а из камеры прямого давления, образованной корпусом, рабочая жидкость сливается в маслобак.

При прямом и обратном ходах происходит одновременное выдвижение (убирание) всех ступеней гидроцилиндра.

Недостатками известного телескопического гидроцилиндра двухстороннего действия с одновременным выдвижением всех ступеней является необходимость использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды к подвижной части гидроцилиндра, а также недостаточность функциональных возможностей, которая обусловлена невозможностью обеспечения, кроме одновременного, также и независимого действия ступеней ГЦ.

Известны телескопические гидроцилиндры двухстороннего силового действия с односторонними штоками, содержащие несколько концентрично расположенных поршней (со штоками), перемещающихся один относительно другого, при этом ход выходного звена равен сумме ходов каждого /Марутов В.А., Павловский С.А. Гидроцилиндры. М.: Машиностроение, 1966, с.8, рис.3, с.97, 99, рис.86а/. Как в поршневую, так и в штоковую полости жидкость подводится через шток. Как в выдвинутом, так и в убранном положениях поршней поршневая полость представляет собой единую (объединенную) полость гидроцилиндра. В убранном положении поршней все штоковые полости сообщены между собой и образуют отдельную объединенную полость, а в выдвинутом положении поршней штоковые полости соединены с объединенной поршневой полостью, кроме штоковой полости того штока, через который производится подвод (отвод) рабочей жидкости. Таким образом, штоковые полости в процессе относительных перемещений подвижных частей попеременно-последовательно переключаются с одной объединенной полости на другую. При подводе жидкости в поршневую полость происходит последовательное выдвижение поршней, начиная от поршня большого диаметра к поршню меньшего диаметра. При подводе жидкости в штоковую полость сначала происходит втягивание поршня самого малого диаметра, а затем последовательное складывание "телескопа" в обратном порядке - от поршня наименьшего диаметра к наибольшему.

В случае невозможности подвода рабочей жидкости в любую из объединенных полостей через шток необходимо использовать гибкие трубопроводы, обеспечивающие прохождение рабочей жидкости к подвижным частям ГЦ.

Известные телескопические гидроцилиндры двухстороннего силового действия обеспечивают последовательное перемещение поршней, однако независимое действие ступеней реализовать невозможно, что можно считать недостатком устройства в аспектах оптимизации конструкции и расширения функциональных возможностей.

Известны телескопические гидроцилиндры двухстороннего действия (ТГЦЦ), содержащие коаксиальный набор поршневых ступеней с цилиндрическими корпусами и штоковыми полостями у каждой ступени. Такой ТГЦД содержит ступень в виде совмещенного с одним из корпусов двухстороннего штока с концами разных наружных диаметров и контактирующим с внешним корпуом поршнем, рабочие площади сторон которого неодинаковы. Разноименные полости ступеней гидроцилиндра попарно гидравлически соединены с образованием объединенных полостей. Поршневые полости каждой ступени ТГЦД установлены с возможностью их прихода в противоположные фазы, которые соответствуют максимальной и минимальной величинам их объемов, в крайних положениях гидроцилиндра. Известные ТГЦД в одном из вариантов реализованы с минимальной общей длиной телескопических звеньев в полностью выдвинутом положении гидроцилиндра, обусловленной недостаточностью пространства, длина которого ограничена цилиндром с выдвинутой только одной внутренней ступенью, которая в этих условиях обеспечивает необходимую общую величину хода, обусловленного ходом выходного звена, равного сумме ходов каждого из звеньев - ступеней /патент РФ №2153464, приор. 30.08.1999, публ. 27.07.2000/.

При подаче (сливе) рабочей жидкости в попарно гидравлически соединенные разноименные полости ступеней ТГЦД, образующие объединенные полости, и попеременном подключении к напору всех его полостей последовательное и независимое перемещение ступеней ТГЦД осуществляется за счет дифференциального принципа взаимодействия подвижных звеньев.

Недостатком известного ТТЦД с минимальной общей длиной телескопических звеньев в полностью выдвинутом положении гидроцилиндра является то, что в исходном (убранном) положении не менее чем одна из его посадочных (высокоточных) поверхностей открыта и не защищена от внешних воздействий. Из сказанного выше следует, что, если в исходном (убранном) положении телескопического гидроцилиндра хотя бы одна из посадочных (высокоточных) поверхностей открыта и не защищена от внешних воздействий, то в условиях длительного пребывания в морской воде (агрессивной среде) и отсутствии возможности технического обслуживания, а также при отсутствии проворачивания в течение длительного времени, на открытой наружной поверхности собираются продукты коррозии, засоления, обрастания и др. /В.Плудек. Защита от коррозии на стадии проектирования. М.: Мир, 1980, с.50; К.Бреббиа, С.Уокер. Динамика морских сооружений. Л.: Судостроение, 1983, с.150/, которые при движении соответствующего подвижного звена гидроцилиндра будут воздействовать на его уплотнения вследствие абразивного действия, что существенно снижает надежность гидроцилиндра при работе в морской воде.

Известный телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия по пат. №2153464 выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Задача изобретения заключается в увеличении эффективности использования и повышении надежности гидроцилиндра за счет обеспечения в его исходном (убранном) положении защиты всех подвижных соединений от воздействия внешней среды при минимизации в условиях заданного хода общей длины телескопических звеньев в полностью выдвинутом положении гидроцилиндра.

Задача решена тем, что в комбинированном ТГЦЦ, включающем коаксиальный набор поршневых ступеней с внешним и внутренним цилиндрическими корпусами, в котором одна из ступеней содержит совмещенный с внутренним корпусом двухсторонний шток, концы которого имеют различные наружные диаметры, и имеет контактирующий с внешним корпусом поршень, рабочие площади сторон которого различны, а также включающем соединенные гидравлически попарно с образованием объединенных полостей разноименные полости упомянутых ступеней, поршневые полости которых установлены с возможностью их прихода в противоположные фазы, соответствующие максимуму и минимуму величин их объемов в крайних положениях гидроцилиндра, в соответствии с изобретением внешний корпус выполнен с одним торцевым днищем, на котором жестко закреплен конец двухстороннего штока меньшего диаметра, а поршень выполнен удлиненным, в виде гильзы с цилиндрическими шейками и буртиком с возможностью охвата ею двухстороннего штока с образованием полости, ограниченной цилиндрическими шейками, при этом цилиндрические шейки и буртик выполнены с обеспечением взаимодействия и герметичного контакта с двухсторонним штоком и с внешним корпусом соответственно, а длина поршня - не менее величины хода этой ступени гидроцилиндра.

Кроме того, протяженность области герметичного контакта буртика на наружной поверхности удлиненного поршня менее величины хода этой ступени гидроцилиндра.

Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности использования и повышение надежности гидроцилиндра за счет обеспечения в его исходном (убранном) положении защиты всех подвижных соединений от воздействия внешней среды при минимизации в условиях заданного хода общей длины телескопических звеньев в полностью выдвинутом положении гидроцилиндра, а также при обеспечении последовательного и независимого действий ступеней гидроцилиндра.

Сущность изобретения пояснена чертежами, на которых:

на фиг.1 представлен общий вид комбинированного телескопического гидроцилиндра двухстороннего действия в убранном (исходном) положении;

на фиг.2 - то же, в полностью выдвинутом положении ГЦ;

на фиг.3 - то же, в промежуточном фиксированном положении ГЦ.

Комбинированный телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия (фиг.1, 2, 3) содержит телескопический набор поршневых ступеней, в который входят внутренний цилиндрический корпус 1 малой ступени, внешний цилиндрический корпус 2 большой ступени, шток-поршень 3 малой ступени с каналами 4, 5 для подвода и отвода рабочей жидкости, удлиненный поршень 6 большой ступени, цилиндрический корпус 1 малой ступени совмещен с двухсторонним штоком большой ступени. Последний имеет цилиндрические концы, соответственно, 7 - большего наружного диаметра и 8 - меньшего наружного диаметра. Поршень 6 выполнен с возможностью скольжения по наружной поверхности двухстороннего штока, совмещенного с внутренним цилиндрическим корпусом 1 малой ступени и по внутренней поверхности внешнего корпуса 2. Телескопический набор ступеней выполнен так, что образует малую штоковую 9 и большую поршневую 10 полости малой ступени, малую 11 и большую 12 полости большой ступени, при этом полость 9 сообщена с полостью 12 через каналы 13, 14, 15, а полость 10 сообщена с полостью 11 через канал 16 с образованием объединенных полостей. Малая полость 11 большой ступени по функциональному назначению соответствует штоковой полости этой ступени, а большая полость 12 большой ступени по функциональному назначению соответствует поршневой полости этой же ступени. Поршневые полости гидроцилиндра включают поршневые полости каждой ступени, соответственно большую поршневую полость 10 малой ступени и большую полость 12 большой ступени. Внешний цилиндрический корпус 2 большой ступени выполнен в виде стакана с одним торцевым днищем 17, на котором жестко, с помощью креплений 18, закреплен конец 8 малого диаметра двухстороннего штока большой ступени, в то время как другой его конец 7, большего диаметра, находится вне корпуса 2. Поршень 6 большой ступени выполнен с охватом двухстороннего штока, в частности его концов 7 и 8. Поршень 6 большой ступени выполнен с неравными рабочими (эффективными) площадями так, что рабочая площадь поршня со стороны большой полости 12 превышает рабочую площадь поршня со стороны малой полости 11, при этом, как было отмечено выше, внешний диаметр нижнего конца 7 двухстороннего штока превышает внешний диаметр верхнего его конца 8. Поршень 6 образует с двухсторонним штоком большой ступени полость 11, ограниченную цилиндрическими шейками 19 и 20, взаимодействующими с цилиндрическими поверхностями концов 7 и 8 двухстороннего штока. Цилиндрическая шейка 19 сопряжена с цилиндрической верхней частью 8 двухстороннего штока, а цилиндрическая шейка 20 сопряжена с цилиндрической нижней частью 7 двухстороннего штока. Шейки 19 и 20 имеют разные диаметры в соответствии с диаметрами концов штока. На поршне 6 выполнен также буртик 21, сопряженный с внутренней поверхностью 22 внешнего корпуса 2. Поршень 6 выполнен удлиненным, протяженностью не менее величины хода большой ступени гидроцилиндра, с обеспечением возможности герметичного контакта с наружными цилиндрическими поверхностями концов 7 и 8 двухстороннего штока и с внутренней поверхностью 22 внешнего корпуса 2.

Протяженность области герметичного контакта на наружной поверхности удлиненного поршня 6 менее величины хода этой ступени гидроцилиндра. В противном случае эта область будет подвержена воздействию внешней среды, что может отрицательно сказаться на эксплуатационной надежности ГЦ. Поршень 6 большой ступени выполнен в виде плавающей ступенчатой гильзы, сопряженной посредством цилиндрических шеек 19 и 20 с концами штока разных диаметров 7, 8, а посредством буртика 21 - с цилиндрической поверхностью 22 внешнего корпуса 2.

Гидроцилиндр для создания герметичного контакта оснащен уплотнениями 23, 24, 25, 26, 27, 28. На поршне 6 выполнен фланец 29, обеспечивающий присоединение элементов других механизмов.

Длина большой ступени гидроцилиндра не менее двукратной величины хода этой ступени. В полностью выдвинутом положении гидроцилиндра (фиг.2) его длина минимальна и ограничена корпусом с выдвинутой только одной малой ступенью, которая в этих условиях обеспечивает необходимую общую величину хода, обусловленного ходом выходного звена, равного сумме ходов каждого из звеньев - ступеней.

Комбинированный телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия установлен таким образом, что в исходном положении (фиг.1) объем большой полости 10 малой ступени минимален, а объем большой полости 12 большой ступени максимален, следовательно, крайние положения обеих ступеней противоположны по фазе, при этом разноименные полости гидроцилиндра попарно гидравлически соединены с образованием объединенных полостей.

В исходном положении (фиг.1) все посадочные поверхности, обеспечивающие герметичность, конструктивно закрыты и защищены от любых внешних воздействий.

Существенным для заявляемого телескопического гидроцилиндра двухстороннего действия является крепление к неподвижному элементу, которое может быть осуществлено либо за шток-поршень 3 малой ступени, либо за цилиндрический корпус 1 малой ступени, совмещенный с двухсторонним штоком большой ступени, либо за цилиндрический внешний корпус 2 большой ступени, либо за поршень 6.

В случаях крепления к неподвижному элементу (фундаменту) за шток-поршень 3 или же за поршень 6 в крайних положениях комбинированного телескопического гидроцилиндра двухстороннего действия результирующее перемещение его ступеней определяется суммированием перемещений подвижных звеньев этих ступеней ГЦ, а в случае крепления за цилиндрический внешний корпус 2, жестко связанный с концом двухстороннего штока, совмещенного с цилиндрическим корпусом 1 или же за корпус 1, такая возможность исключается.

Комбинированный телескопический гидроцилиндр двухстороннего действия работает следующим образом.

Рабочую жидкость под напором подают по каналу 4 в полость 10 и по каналу 16 в полость 11, а полость 12 через каналы 13, 15, 14 вместе с полостью 9 соединяют со сливом каналом 5 (фиг.1). Под давлением жидкости корпус 1 и поршень 6 из исходного (убранного) положения последовательно - принудительно перемещаются вверх, при этом поршень 6 перемещается внутрь корпуса 2. Гидроцилиндр устанавливается в крайнее выдвинутое положение, при котором объем большой полости 10 максимален - с напором соединена объединенная полость 10, 11, а другая объединенная полость 9, 12 соединена со сливом и объем большой полости 12 минимален, т.е. крайние положения обеих ступеней противоположны по фазе (фиг.2).

Рабочую жидкость под напором подают по каналам 4 и 5 в полости 9 и 10, а также в полости 12 и 11 за счет соответствующих гидравлических связей-каналов 14, 15, 13 и 16 (фиг.1, 2). Под давлением жидкости гидроцилиндр устанавливается в промежуточное фиксированное положение, при котором выдвинут только корпус 1, объемы больших полостей 10 и 12 максимальны, объединенные полости связаны с напором, т.е. крайние положения обеих ступеней однофазны (фиг.3).

Перемещение подвижных элементов происходит за счет того, что рабочая площадь шток-поршня 3 со стороны полости 10 превышает рабочую площадь со стороны полости 9, а рабочая площадь поршня 6 со стороны полости 12 превышает рабочую площадь со стороны полости 11, т.е. осуществляется за счет дифференциального принципа взаимодействия подвижных звеньев.

Рабочую жидкость под напором подают по каналу 5 в полость 9 и по каналам 14, 15, 13 - в полость 12, а полость 11 через канал 16 вместе с полостью 10 соединяют со сливом каналом 4 (фиг.2, 3).

Под давлением жидкости гидроцилиндр устанавливается в исходное (убранное) положение, при котором корпус 1 и поршень 6 убраны (относительно неподвижного элемента - фундамента), объем большой полости 12 максимален - с напором соединена объединенная полость 9, 12, а другая объединенная полость 10, 11 соединена со сливом и объем большой полости 10 минимален, т.е. крайние положения обеих ступеней противоположны по фазе (фиг.1).

Для пассивного возвращения (опускания) ГЦ в исходное положение достаточно сообщить объединенные полости 9, 12 и 10, 11 со сливом через каналы 4, 5 (фиг.2, 3), при этом ГЦ переходит в убранное положение под действием внешней нагрузки, например массы поднимаемого груза.

Заявляемый комбинированный телескопический гидроцилиндр позволяет увеличить эффективность его использования, а также повысить его эксплуатационную надежность за счет обеспечения в его исходном (убранном) положении защиты всех подвижных соединений от воздействия внешней среды при минимизации в условиях заданного хода общей длины телескопических звеньев в полностью выдвинутом положении гидроцилиндра, а также при обеспечении последовательного и независимого действия ступеней гидроцилиндра.