Гидропневмоцилиндр

 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для преобразования давления рабочей среды в усилие штока. Гидропневмоцилиндр содержит концентрически установленные контактные кольца, перемещающиеся независимо друг от друга и опирающиеся на подпорные ребра, упругий элемент, прикрепленный к корпусу, при этом упругий элемент беззазорно взаимодействует с односторонней цилиндрической выемкой, тороидальной и плоской рабочими поверхностями контактных колец. Технический результат - увеличение срока службы гидропневмоцилиндра. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено, в частности, для преобразования давления рабочей среды (жидкости, воздуха) в усилие штока без ее потерь за определенное число циклов нагружений.

Известен ближайший аналог (прототип) заявленного изобретения, как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков. Данный аналог представляет собой гидропневмоцилиндр, содержащий подпорный элемент 9 в виде спирали 10, опирающейся на подвижные 14 и неподвижные 15 выступы, воспринимающие давление рабочей среды (патент Франции N 2474128, МПК F 16 J 3/02, 1985).

Недостатком этого цилиндра является пониженная прочностная, по сравнению с заявленным, способность упругого элемента 4 воспринимать воздействие рабочей среды, вследствие того, что в любом среднем положении штока 13 происходит знакопеременный изгиб материала мембраны 4. Кроме того, при перемещении штока 13 зазоры между цилиндрическими контактными поверхностями 19 увеличиваются из-за кривизны поверхности, что при изменении ее исходной формы (положения) приводит к радиальному удлинению материала мембраны. Последнее вызывает дополнительные растягивающие напряжения, что также снижает ее прочностные параметры и вызывает преждевременный выход из строя цилиндра.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение срока службы цилиндра.

Техническим результатом изобретения является уменьшение внутренних напряжений материала упругого элемента путем компенсации силового воздействия рабочей среды и увеличение срока службы цилиндра.

Упомянутая задача достигается тем, что гидропневмоцилиндр содержит концентрически установленные контактные кольца как с односторонней цилиндрической выемкой на тороидальной рабочей поверхности, так и с плоской рабочей поверхностью, перемещающиеся независимо друг от друга, и опирающиеся на подвижные подпорные ребра; упругий элемент (гофрированная мембрана) неподвижно прикреплен к корпусу, при этом под давлением рабочей среды упругий элемент плотно (без зазоров) прилегает как к односторонней цилиндрической выемке, так и к тороидальной и плоской рабочим поверхностям контактных колец при любом положении штока.

Получение технического результата изобретения возможно только за счет применения контактных колец как с односторонней цилиндрической выемкой на тороидальной рабочей поверхности, так и с плоской рабочей поверхностью, что позволяет упругому элементу беззазорно передавать на кольца воздействие рабочей среды при любой величине деформации мембраны и тем самым исключить возникновение дополнительных внутренних напряжений в материале упругого элемента.

На фиг. 1 представлен гидропневмоцилиндр.

На фиг. 2 представлено взаимодействие опорных ребер 2 с корпусом 1 и штоком 3.

На фиг. 3 представлено взаимодействие упругого элемента 6 с контактными кольцами тороидальной 4 и плоской 5 рабочими поверхностями.

Цилиндр содержит корпус 1 с крышкой 7, подпорные ребра 2, шток 3, замкнутые контактные кольца 4 и 5, упругий элемент 6. Контактные кольца по форме рабочих поверхностей выполнены тороидальными 4 и плоскими 5. Тороидальные контактные кольца 4 имеют одностороннюю выемку 8 цилиндрической (в плане) формы, тороидальную поверхность 9 радиуса R и опорную поверхность 10 произвольной формы, например также тороидальную радиуса r, взаимодействующую с ответной поверхностью подпорных ребер 2. Плоские контактные кольца 5 с рабочей поверхностью 11 шириной L могут иметь опорную поверхность 12 аналогичной с тороидальными кольцами формы. Упругий элемент 6 по периметру закреплен на корпусе 1 крышкой 7 неподвижно, и его профиль (гофрировка) совпадает с рабочими поверхностями контактных колец 4 и 5 при любом положении штока 3.

Число и форма (H, R, L) тороидальных и плоских контактных колец определяется из условия статической и циклической прочности упругого элемента. Подпорные ребра 2 установлены подвижно беззазорно в корпусе 1 и штоке 3 так, что ось симметрии штока может совпадать с осью симметрии корпуса.

Цилиндр работает следующим образом.

При подаче рабочей среды под давлением в полость А упругий элемент 6 деформируется в следствие перемещения штока 3, оставаясь по периметру закрепленным на корпусе 1 крышкой 7. При этом давление рабочей среды передается на контактные кольца 4 и 5 через упругий элемент 6, которые в свою очередь передают усилия на подпорные ребра 2, шарнирно связанные с корпусом 1 и штоком 3. Взаимное положение колец 4 и 5 в процессе перемещения штока 3 позволяет упругому элементу 6 обжимать тороидальную 9 и плоскую 11 поверхности контактных колец 4 и 5 без радиального удлинения за счет изменения своей формы. Кроме того, изменение формы упругого элемента 6 происходит без зазоров с рабочими поверхностями колец 4 и 5 только за счет знакопостоянного изгиба его цилиндрической поверхности 13 в сторону тороидальной 9 по мере уменьшения высоты H. В свою очередь, тороидальная поверхность 9 радиуса R контактных колец 4 обеспечивает упругому элементу 6 возможность беззазорного проскальзывания по этой поверхности. При этом прямоугольная форма 14 упругого элемента 6 в местах контакта с плоскими кольцами 5 сохраняется при любом положении штока 3, что предотвращает радиальное удлинение упругого элемента 6.

Формула изобретения

Гидропневмоцилиндр, содержащий концентрически установленные контактные кольца, перемещающиеся независимо друг от друга и опирающиеся на подпорные ребра, упругий элемент, прикрепленный к корпусу, отличающийся тем, что упругий элемент беззазорно взаимодействует с односторонней цилиндрической выемкой, тороидальной и плоской рабочими поверхностями контактных колец.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3