Гидроцилиндр (варианты)
Гидроцилиндр предназначен для передачи возвратно-поступательного перемещения. Гидроцилиндр содержит корпус, выполненный в виде цилиндра, закрытого с торцов крышками, шток с поршнем, при этом шток выполнен в форме цилиндрического стакана с дном, в первой крышке выполнена сквозная кольцевая прорезь, разделяющая первую крышку на две части - наружную и внутреннюю. Первая крышка размещена между дном штока и поршнем, а цилиндрическая поверхность штока проходит через сквозную прорезь в первой крышке. Внутренняя часть первой крышки закреплена относительно корпуса посредством трех полых трубок, ориентированных вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса и проходящих через отверстия, выполненные в поршне, при этом один конец каждой трубки жестко соединен со второй торцовой крышкой и наглухо закрыт, а другой - открытый конец проходит через отверстия, выполненные в первой крышке, и выходит на сторону первой крышки, обращенную к дну штока, при этом каждая трубка жестко соединена с внутренней частью первой крышки. В соответствии со вторым вариантом отверстие для отвода/подвода рабочей жидкости выполнено во второй крышке и сообщено с внутренней полостью каждой трубки посредством каналов, выполненных во второй крышке. Технический результат - компактность устройства и упрощение конструкции. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к гидроцилиндрам двухходового действия для передачи возвратно-поступательного перемещения.
Известен силовой гидроцилиндр RU 2193118, содержащий корпус, поршни, установленные на общем штоке, с образованием нескольких гидравлических камер, входное отверстие для подачи рабочей жидкости в первую камеру, осерадиальный канал, сообщенный с источником гидравлического давления. Рабочая жидкость подается последовательно сначала в первую камеру через входное отверстие, затем через осерадиальный канал, выполненный в общем штоке, в последующие гидравлические камеры. Устройство содержит воздушные камеры, отделенные от каждой последующей гидравлической камерой герметичной стенкой.
Возврат поршней в исходное положение производится за счет усилия возвратной пружины.
Силовой гидроцилиндр эффективно обеспечивает увеличение суммарного усилия, определяемого наличием нескольких поршней.
Тем не менее, причиной, препятствующей достижению нижеуказанного технического результата, является зависимость общей мощности от количества поршней.
Конструкция известного устройства характеризуется сложностью, обусловленной наличием нескольких поршней, нескольких камер, системой подачи рабочей жидкости в каждую камеру, предусматривающей дополнительное средство, выполненное в виде осерадиального канала.
Суммарное усилие мощности зависит от количества поршней. Поэтому для ее повышения необходимо увеличивать количество поршней, соответственно количество камер, т.е. повышение мощности приводит к увеличению габаритов устройства.
Однако при повышении мощности гидроцилиндра данная конструкция не обеспечивает увеличение длины хода поршня, следовательно, перемещение рабочего органа, связанного с поршнем, остается без изменений.
Кроме того, несмотря на то обстоятельство, что суммарное усилие пропорционально количеству поршней в устройстве, общий шток, выполненный с каналом, занимает значительный объем камер, поэтому для обеспечения максимальной мощности известного устройства необходимо увеличивать размер поперечного сечения поршней или их количество, что так или иначе приводит к увеличению габаритов устройства.
Кроме того, возврат поршня в исходное положение (холостой ход) производится за счет усилия сжатой пружины; следовательно, при выполнении прямого хода пружина сжимается, завершая прямой ход, сопротивление пружины становится максимальным, приводящее к замедлению хода поршня, следовательно, передаваемое поршнем усилие не одинаково на всем ходу поршня.
При использовании пружина теряет свойство упругости, следовательно, этот элемент влияет на надежность работы устройства.
Таким образом, при обеспечении мощности конструкция характеризуется большими габаритными размерами, сложностью, отрицательно сказывающейся на надежности работы.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании гидроцилиндра, обладающего повышенной мощностью при обеспечении компактности устройства, упрощении его конструкции с возможностью изменения длины хода поршня.
В соответствии с первым вариантом изобретения поставленная задача решается тем, что гидроцилиндр содержит корпус, выполненный в виде цилиндра, закрытого с торцов крышками, шток с поршнем, при этом шток выполнен в форме цилиндрического стакана с дном, в первой крышке выполнена сквозная кольцевая прорезь, разделяющая первую крышку на две части - наружную и внутреннюю, поршень установлен в корпусе с возможностью перемещения между торцовыми крышками вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса как по направляющим, шток соединен с поршнем, при этом первая крышка размещена между дном штока и поршнем, а цилиндрическая поверхность штока проходит через сквозную прорезь в первой крышке, внутренняя часть первой крышки закреплена относительно корпуса посредством трех полых трубок, ориентированных вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса и проходящих через отверстия, выполненные в поршне, при этом один конец каждой трубки жестко соединен со второй торцовой крышкой и наглухо закрыт, а другой - открытый конец проходит через отверстия, выполненные в первой крышке, и выходит на сторону первой крышки, обращенную к дну штока, при этом каждая трубка жестко соединена с внутренней частью первой крышки, на цилиндрической поверхности корпуса между торцовыми крышками выполнены два сквозных отверстия для отвода/подвода рабочей жидкости к поршню, при этом одно отверстие расположено максимально близко к первой крышке, а другое расположено максимально близко ко второй крышке, на цилиндрических поверхностях каждой трубки и штока выполнены сквозные отверстия - перепускные окна, при этом перепускные окна, выполненные в каждой трубке, расположены максимально близко ко второй крышке корпуса, а перепускные окна, выполненные в штоке, расположены максимально близко к поршню.
По первому варианту изобретения диаметр сквозных отверстий не более высоты поршня.
В соответствии со вторым вариантом изобретения поставленная задача решается тем, что гидроцилиндр содержит корпус, выполненный в виде цилиндра, закрытого с торцов крышками, шток с поршнем, при этом шток выполнен в форме цилиндрического стакана с дном, в первой крышке выполнена сквозная кольцевая прорезь, разделяющая первую крышку на две части - наружную и внутреннюю, поршень установлен в корпусе с возможностью перемещения между торцовыми крышками вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса как по направляющим, шток соединен с поршнем, при этом первая крышка размещена между дном штока и поршнем, а цилиндрическая поверхность штока проходит через сквозную прорезь в первой крышке, внутренняя часть первой крышки закреплена относительно корпуса посредством трех открытых с обоих концов полых трубок, ориентированных вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса и проходящих через отверстия, выполненные в поршне, внутренние полости каждой трубки изолированы от внутренней полости корпуса, в корпусе выполнены два сквозных отверстия для отвода/подвода рабочей жидкости к поршню, при этом одно отверстие выполнено на цилиндрической поверхности корпуса между крышками максимально близко к первой крышке, а другое выполнено во второй крышке, один конец каждой трубки жестко соединен со второй торцовой крышкой, а другой конец каждой трубки - жестко соединен с внутренней частью первой крышки, проходит через отверстия, выполненные в первой крышке, и выходит на сторону первой крышки, обращенную к дну штока; отверстие, выполненное во второй крышке, сообщено с внутренней полостью каждой трубки посредством каналов, выполненных во второй крышке, на цилиндрической поверхности штока выполнены сквозные отверстия - перепускные окна, расположенные максимально близко к поршню.
В соответствии со вторым вариантом изобретения диаметр отверстия, расположенного максимально близко к первой крышке, не более высоты поршня.
Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что эти решения относятся к одному объекту, имеют одинаковое назначение и решают одну и ту же техническую задачу с одинаковым результатом.
Для достижения указанного технического результата шток выполнен в виде полого цилиндрического стакана с дном. Со штоком соединен поршень. Таким образом, шток с поршнем представляет собой полый цилиндрический стакан с дном, закрытый с противоположной от дна стороны поршнем.
Корпус представляет собой цилиндр, торцы которого закрыты крышками (соответственно первая и вторая торцовые крышки или просто крышки).
Поршень установлен в корпусе гидроцилиндра с возможностью его перемещения вдоль его внутренней цилиндрической поверхности как по направляющим между торцовыми крышками. Для обеспечения свободного перемещения поршня вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса в первой крышке выполнена кольцевая прорезь, разделяющая первую крышку на две части: внешнюю, имеющую форму кольца, и внутреннюю, имеющую форму диска. Поршень установлен внутри корпуса. Шток устанавливается с наружной стороны первой крышки, при этом цилиндрическая поверхность штока вставляется в кольцевую прорезь первой крышки, проходит через нее и далее соединяется с поршнем. Таким образом, после установки штока с поршнем первая крышка оказывается расположенной между дном штока и поршнем, а шток имеет возможность перемещаться вдоль кольцевой прорези. Максимальное расстояние, на которое имеет возможность перемещаться шток, определяется длиной внутренней цилиндрической поверхности корпуса гидроцилиндра между обеими торцовыми крышками.
Для совершения прямого и обратного хода поршня корпус гидроцилиндра выполнен с двумя сквозными отверстиями - первым и вторым, предназначенными для подвода/отвода рабочей жидкости к поршню. Расположение первого отверстия максимально близко к первой крышке, а второго отверстия или максимально близко ко второй крышке, или непосредственно в этой крышке осуществляется исходя из условия обеспечения максимального рабочего хода поршня (особенности расположения отверстий являются предметом вариантов изобретения и рассмотрены далее в описании).
Для обеспечения надежности и работоспособности гидроцилиндра обе крышки должны быть жестко связаны с корпусом. Первая торцовая крышка разделена сквозной кольцевой прорезью на две части - наружную кольцевую и внутреннюю. При этом наружная часть жестко может быть соединена с корпусом любым традиционным образом - или выполнена заодно с корпусом, например, в виде внутреннего выступа или соединена с корпусом посредством резьбового соединения, что не принципиально. Внутренняя часть первой крышки оказывается отделенной от ее наружной части и ее необходимо закрепить относительно корпуса. Жесткое соединение внутренней части первой крышки осуществляется посредством трех полых трубок, установленных внутри корпуса, ориентированных вдоль его внутренней цилиндрической поверхности.
Обеспечение жесткости соединения осуществляется за счет жесткого соединения обоих концов каждой трубки соответственно с первой и второй крышками.
С целью обеспечения свободного перемещения поршня вдоль корпуса гидроцилиндра в поршне выполнены отверстия, через которые проходят указанные трубки. Таким образом, полые трубки служат в качестве дополнительной направляющей для поршня, притом, что они обеспечивают жесткость устройства в целом.
Кроме закрепления внутренней части первой крышки вышеуказанные трубки выполняют функцию перепуска рабочей жидкости, т.е. являются также и перепускными трубками. Трубки установлены в корпусе таким образом, что пересечение осей поперечного сечения указанных трубок является вершинами равностороннего треугольника. Такое расположение перепускных трубок обеспечивает наиболее устойчивое положение внутренней части крышки.
Говоря о конструкции полых трубок, следует отметить, что один конец каждой трубки, жестко соединенный со второй крышкой, выполнен различным в соответствии с вариантами изобретения, при этом выполнение другого конца полой трубки, жестко соединенного с первой крышкой (с ее внутренней частью), - идентично по обоим вариантам.
А именно - по обоим вариантам изобретения один открытый конец полых трубок проходит через отверстия, выполненные во внутренней части первой крышки, и выходит на сторону первой крышки, обращенную к дну штока. Указанная конструктивная особенность означает, что при работе устройства, когда дно штока отодвигается от первой крышки, образующаяся рабочая полость между дном штока и первой крышкой сообщается с внутренними полостями трубок.
Помимо вышеперечисленных общих признаков варианты изобретения содержат альтернативные признаки, относящиеся к расположению в корпусе гидроцилиндра второго отверстия для подвода/отвода рабочей жидкости и, как следствие, - к конструкции полых трубок.
В соответствии с первым вариантом изобретения второе отверстие расположено на цилиндрической части корпуса гидроцилиндра максимально близко ко второй крышке. При таком расположении второго отверстия конструктивные особенности полых трубок состоят в том, что конец каждой трубки, жестко соединенный со второй крышкой, наглухо закрыт, а на ее цилиндрической поверхности выполнены сквозные отверстия - перепускные окна, расположенные максимально близко ко второй крышке. Учитывая идентичные требования по расположению второго отверстия и перепускных окон в полых трубках - максимально близко ко второй крышке, целесообразно перепускные окна в перепускной трубке выполнять напротив второго отверстия.
В соответствии со вторым вариантом изобретения второе отверстие для подвода/отвода рабочей жидкости выполнено во второй крышке, при этом полые трубки изолированы от внутренней цилиндрической полости корпуса. Второй открытый конец каждой полой трубки жестко соединен со второй крышкой (первый конец жестко соединен с внутренней частью первой крышки). Отверстие для подвода/отвода рабочей жидкости, выполненное во второй крышке, сообщается с внутренней полостью каждой трубки посредством каналов, выполненных во второй крышке. Для этого второй открытый конец каждой полой трубки установлен торцом непосредственно на поверхность второй крышки или в углубления, выполненные во второй крышке. Во второй крышке выполнены каналы, выходящие с одной стороны в отверстие для подвода/отвода рабочей жидкости, а с другой стороны - в отверстие (во внутреннюю полость) каждой трубки. Таким образом обеспечивается сообщение отверстия для подвода/отвода рабочей жидкости с внутренними полостями каждой трубки.
Целесообразно выполнять второе отверстие, расположив его вдоль продольной оси второй крышки, данная особенность обеспечивает равномерное воздействие давления рабочей жидкости на поршень.
Как указывалось, по двум вариантам изобретения первое отверстие расположено на цилиндрической части корпуса максимально близко к первой крышке.
По двум вариантам изобретения сквозные отверстия - перепускные окна - также являются неотъемлемыми элементами штока, более конкретно - перепускные окна выполнены на цилиндрической поверхности штока максимально близко от поршня.
При использовании заявляемого устройства промежуточное положение поршня определяет наличие нескольких рабочих полостей, изменяющихся при перемещении штока. Таковыми являются: сообщающиеся кольцевая и центральная полости, а также сообщающиеся первая и вторая рабочие полости.
Кольцевая полость образована в полости гидроцилиндра между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса гидроцилиндра и наружной цилиндрической поверхности штока и ограничена с боков поршнем и первой крышкой. Центральная полость ограничена внутренней цилиндрической поверхностью штока, поршнем и первой крышкой. Кольцевая и центральная полости образуются в корпусе гидроцилиндра при исходном положении поршня у второй крышки. Указанные полости сообщаются посредством перепускных окон, выполненных на цилиндрической поверхности штока.
Первая рабочая полость образована в корпусе гидроцилиндра между его второй крышкой и поршнем; вторая рабочая полость образована в штоке между его дном и первой крышкой. Указанные полости сообщаются посредством полых трубок, выполненных с перепускными окнами.
Отверстия, называемые перепускными окнами, выполненные на цилиндрической поверхности как штока, так и полых трубок, служат для поступления рабочей жидкости в сообщающиеся полости. Целесообразно выполнять несколько отверстий, что позволит исключить сопротивление потоку жидкости в каждой паре сообщающихся полостей.
Для обеспечения прямого хода поршня из исходного положения (поршень упирается во вторую крышку) в крайнее (поршень упирается в первую крышку) рабочая жидкость поступает во второе отверстие, поршень перемещается и вытесняет рабочую жидкость из сообщающихся центральной и кольцевой полостей (посредством перепускных окон штока) через первое отверстие; и, наоборот, когда рабочая жидкость поступает в первое отверстие, под воздействием давления поршень совершает обратный ход, при этом рабочая жидкость из сообщающихся первой и второй полостей (посредством полых трубок) вытесняется во второе отверстие.
При расположении первого и второго отверстий с противоположенных сторон корпуса, а именно максимально близко к первой и второй крышкам, обеспечивается возможность для максимального выдвижения штока, которое определяет максимальное перемещение рабочего органа машины.
Взаимное расположение отверстий для подвода/отвода рабочей жидкости также приводит к достижению другого технического результата, заключающегося в создании компактного устройства.
Так, по двум вариантам изобретения в крайнем положении поршня (когда поршень совершил прямой ход) первая крышка является тем конструктивным элементом, который ограничивает ход поршня. При этом возможность такого ограничения обусловлена расположением первого отверстия максимально близко к данной крышке. При определенном соотношении размеров высоты поршня и диаметра первого отверстия поршень своей боковой цилиндрической поверхностью перекрывает данное отверстие, вытесняя из него рабочую жидкость. Для того, чтобы поршень перекрывал первое отверстие, высота поршня должна быть не менее диаметра отверстия.
Выполнение перепускных окон на цилиндрической части штока максимально близко к поршню в крайнем положении поршня обеспечивает изолированное положение этих окон от внутренней полости корпуса, - указанные окна располагаются вне первого отверстия. Данное обстоятельство свидетельствует об исключении возможности поступления рабочей жидкости в сообщающиеся полости (кольцевую и осевую) по завершении прямого хода поршня.
Вторая крышка также является конструктивным элементом, который ограничивает ход поршня по завершении обратного хода.
По первому варианту изобретения, при определенном соотношении размеров высоты поршня и диаметра второго отверстия, поршень своей боковой цилиндрической поверхностью перекрывает данное отверстие, вытесняя из него рабочую жидкость. Для того, чтобы поршень перекрывал первое отверстие, высота поршня должна быть не менее диаметра второго отверстия.
Перепускные окна, выполненные на перепускных трубках, выполняют аналогичную функцию, что и перепускные окна штока. Расположение перепускных окон на перепускных трубках вблизи второй крышки также исключает возможность проникновения рабочей жидкости в сообщающиеся полости (первую и вторую) по завершении обратного хода поршня.
В соответствии со вторым вариантом изобретения вторая крышка также ограничивает ход поршня, при этом поршень перекрывает данное отверстие плоской поверхностью. Второе отверстие для подачи/отвода рабочей жидкости сообщается с открытым концом полых трубок, установленных во второй крышке, посредством каналов.
Таким образом, при выполнении отверстий для подвода/отвода рабочей жидкости максимально близко к крышкам (по первому варианту) или одного из них непосредственно в крышке (по второму варианту) обеспечивается максимально возможный ход поршня, происходящий без увеличения размеров устройства.
Кроме того, взаимное расположение конструктивных элементов гидроцилиндра определяет другое преимущество, заключающееся в обеспечении максимальной мощности заявляемого устройства.
При подаче рабочей жидкости перемещение поршня в том или ином направлении происходит благодаря воздействию суммарного усилия, передаваемого на поршень и дно штока.
Следовательно, мощность гидроцилиндра зависит от площади поршня и дна штока, а также от величины подаваемого давления рабочей жидкости.
При прямом ходе поршня мощность рассчитывается по формуле:
F=(Sпоршня+Sштока)·Р, где Sпоршня, Sштока - соответственно площадь поршня и площадь дна штока, Р - величина рабочего давления. При прямом ходе максимальная мощность гидроцилиндра обусловлена максимальным значением площади штока.
Расчет мощности гидроцилиндра при обратном ходе не включает значение площади дна штока, тем не менее, цилиндрические стенки корпуса штока влияют на величину мощности, т.е. F=(Sпоршня-Sстенок штока)·Р, где Sстенокштока является
величиной площади поперечного сечения стенок (цилиндрическая часть стакана штока) штока. При обратном ходе поршня максимальная мощность гидроцилиндра зависит от толщины стенок корпуса штока, иными словами, минимально допустимая толщина стенок корпуса штока определяет максимальную мощность устройства.
Таким образом, для обеспечения максимальной мощности гидроцилиндра шток выполнен с минимальным поперечным сечением стенок, при этом целесообразно шток устанавливать в корпусе гидроцилиндра с образованием минимальной кольцевой полости, что обеспечивает максимальную площадь дна штока. Минимальный размер кольцевой полости можно обеспечить путем максимально возможного приближения кольцевой прорези в первой крышке к внутренней цилиндрической поверхности корпуса гидроцилиндра.
Значения поперечного сечения стенок штока, толщины дна штока и толщины первой крышки выбирают исходя из условия обеспечения прочности конструкции устройства, причем исходя из условия надежности конструкции целесообразно толщину торцовых крышек принимать равной толщине поршня.
Следует отметить, что цилиндрические стенки штока наряду с трубками выполняют функцию элементов жесткости устройства или, иными словами, оптимизируют жесткость гидроцилиндра.
Эти и другие особенности заявляемого устройства поясняются с помощью чертежей.
На фигурах 1, 2, 3 изображен гидроцилиндр, выполненный по первому варианту: соответственно на фигуре 1 - гидроцилиндр в исходном положении, на фигуре 2 - поперечный разрез гидроцилиндра, на фигуре 3 - гидроцилиндр в крайнем положении.
На фигуре 4 изображен гидроцилиндр по второму варианту изобретения в исходном положении.
По обоим вариантам гидравлический цилиндр содержит корпус 1, состоящий из цилиндрической части 2, закрытой с торцовых сторон крышками 3 и 4.
В корпусе гидроцилиндра установлен шток 5 с поршнем 6. Форма выполнения штока в виде стакана определяет наличие дна 7.
Взаимное расположение штока 5 с поршнем 6 и корпуса гидроцилиндра предполагает, что крышка 3 выполнена с кольцевой прорезью 8, разделяющей крышку на две части: внешнюю (кольцевую) 9 и внутреннюю 10.
Три перепускные полые трубки 11 установлены в корпусе 1 гидроцилиндра и проходят через сквозные отверстия, выполненные в крышке 3 таким образом, что открытый конец полых трубок 11 выходит на поверхность крышки 3, обращенную ко дну 7 штока 5. Полые трубки 11 проходят также через отверстия, выполненные в поршне 6.
На цилиндрической части штока 5 выполнены перепускные окна 12, расположенные максимально близко к поршню 6.
Кроме того, заявляемое устройство по двум вариантам содержит следующие конструктивные элементы.
По первому варианту изобретения, как показано на чертежах, обозначенных фиг.1, 3, корпус 1 выполнен с двумя штуцерами и, соответственно, с двумя отверстиями 13, 14, расположенными на цилиндрической части корпуса 1. Через соответствующие отверстия 13, 14 рабочая жидкость поступает и отводится из полостей гидроцилиндра, образующихся при его работе.
Как указано ниже, второй вариант изобретения предусматривает расположение отверстия 13 идентично первому варианту.
Так, отверстие 13 расположено непосредственно у крышки 3, другое отверстие 14 - непосредственно у крышки 4, причем диаметр отверстий 13 и 14 является величиной меньшей, чем толщина поршня 6.
Перепускные трубки 11 выполнены с перепускными окнами 15, расположенными напротив отверстия 14.
В заявляемом устройстве в соответствии с описываемым вариантом длина штока 5 такова, что в исходном положении ход поршня 6 ограничен упором дна 7 штока 5 в крышку 3. При этом поршень 6 останавливается перед отверстием 14 с образованием полости 16 (между крышкой 4 и поршнем 6).
Расположение отверстий 13, 14 на боковой поверхности корпуса 1 целесообразно при использовании устройства в вертикальном положении на второй крышке 4.
В крайнем положении поршня 6 (см. фиг.3) в полости гидроцилиндра образованы сообщающиеся рабочие полости: кольцевая 18 и центральная 19 (сообщающиеся посредством окон 12); полости 16 и 17 сообщаются посредством перепускных окон 15, выполненных непосредственно у поршня 6.
Как указывалось, шток 5 установлен в корпусе 1 с зазором, его минимально допустимая величина выбрана из условия, согласно которому площадь отверстия 13 не более площади поперечного сечения кольцевой полости 18, благодаря которому обеспечивается оптимальное заполнение данной полости рабочей жидкостью.
По второму варианту изобретения (см. фиг.4, 5) корпус 1 выполнен с двумя штуцерами, которые соответствуют отверстиям 13, 20, причем штуцер 20 в отличие от первого варианта расположен в крышке 4.
Расположение отверстия 20 диктует выполнение конца каждой трубки 11, установленного в крышке 4, открытым сообщающимся с отверстием 14 с помощью каналов 21.
В заявляемом устройстве в соответствии со вторым вариантом длина штока 3 такова, что перемещение поршня в том или ином направлении ограничено крышками 3 и 4.
Расположение отверстий 13 и 20 по второму варианту целесообразно при использовании устройства в горизонтальном положении - на наружной цилиндрической поверхности.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В состоянии покоя силы, действующие на шток 1 и поршень 6 изнутри и снаружи, равны по величине и противоположны по направлению (сила трения во внимание не принимается).
По закону Паскаля давление жидкости, находящейся в замкнутом сосуде, передается во все точки этой жидкости вне зависимости от формы данного сосуда. Применительно к заявляемому устройству «сосудом» являются те или иные сообщающиеся рабочие полости: 16-17 и 18-19. Таким образом, при поступлении рабочей жидкости в рабочую полость 16 (или 18) по закону Паскаля давление в соответствующих сообщающихся полостях 17 (или 19) становится идентичным. Например, при рабочем давлении Р=100 кг/см2 давление в сообщающихся рабочих полостях идентично (100 кг/см2). При этом усилие, действующее на поршень, рассчитывается по формуле: F=(Sпоршня+Sштока)·Р, где площадь поршня и площадь штока (Sпоршня и Sштока) являются величинами постоянными. Следовательно, повышение давления жидкости влечет повышение усилия воздействия на шток 3 (т.е. на дно 7 штока). Так, сила, действующая на дно 7 штока 3, увеличивается, шток 3 под воздействием перепада потенциалов воздействующих на него сил будет выдвигаться на величину объема поступившей жидкости.
Расчет мощности гидроцилиндра позволяет определять длину хода поршня в зависимости от необходимой величины перемещения рабочего органа машины.
Таким образом, конструкция гидроцилиндра позволяет варьировать длину хода поршня при той или иной величине требуемой мощности.
Для герметизации и изоляции полостей, образующихся при работе гидроцилиндра, предусмотрены уплотнения (не обозначены). Уплотнения выполнены в кольцевой прорези, а также между поршнем и направляющими, в качестве которых служат полые трубки и цилиндрическая поверхность корпуса.
Использование изобретения, выполненного по первому варианту, предусматривает, что при прямом ходе поршня 6 (из исходного положения в крайнее) рабочая жидкость от источника давления подается через отверстие 14, под воздействием давления поршень 6 перемещается, рабочая жидкость посредством перепускных трубок 11 перетекает в образующуюся рабочую полость 17. Образование полости 16 определяется воздействием рабочей жидкости на дно 7 штока 5. Таким образом, свободно перемещаемый шток 5 выходит из корпуса 1 гидроцилиндра, поршень 6 завершает прямой ход.
Завершая прямой ход, поршень 6 подходит к крышке 3. Принимая во внимание соотношение размеров высоты поршня 6 и диаметра отверстия 13, поршень 6, перекрывая отверстие 13, постепенно вытесняет рабочую жидкость через указанное отверстие. Обозначенная конструктивная особенность приводит к уменьшению потенциальной энергии поршня 6, следовательно, способствует его торможению перед крышкой 3 и предотвращает удар поршня 6 о крышку 3. Данное обстоятельство свидетельствует о надежности заявляемой конструкции.
Обратный ход поршня 6 совершается под воздействием рабочей жидкости, поступающей в отверстие 13; под воздействием усилия, передаваемого на поршень 6, шток 5 перемещается, посредством перепускных окон 12 рабочая жидкость поступает из полости 18 в полость 19, постепенно заполняет указанные полости. Поршень 6 входит в корпус 1 гидроцилиндра, при этом жидкость из полости 16 вытесняется через полые трубки 11 и перепускные окна 15 в отверстие 14, перемещение поршня 6 ограничивает упор дна 7 штока 5 в крышку 3; полость 17 «исчезает», а поршень 6 останавливается перед отверстием 14 с образованием полости 16. В исходном положении поршня 6 сообщающиеся полости 18 и 19 находятся в корпусе 1 гидроцилиндра.
При использовании изобретения, выполненного по второму варианту, рабочую жидкость подают в отверстие 20, расположенное в крышке 4 корпуса 1, по каналу 21 жидкость поступает в открытый конец перепускных трубок 11 и, заполнив трубки 11, обеспечивает образование сообщающихся полостей 16-17 при совершении поршнем 6 прямого хода.
Прямой и обратный ход поршня 6 аналогичен соответствующим перемещениям, происходящим при описании первого варианта изобретения с тем отличием (см. фиг.4), что при совершении обратного хода перемещение поршня 6 ограничено крышкой 4 корпуса 1.
Сравнивая заявляемую конструкцию с прототипом, для совершения поршнем обратного хода нет необходимости в дополнительном приспособлении (например, в пружине), обеспечивающем обратный ход. Кроме того, наличие двух отверстий для подачи и отвода рабочей жидкости исключают необходимость отключать источник давления, т.к. поршень в каждом крайнем положении «автоматически» перекрывает то или иное отверстие, обеспечивая отвод (или подвод) жидкости в открытое отверстие. Данное обстоятельство свидетельствует об упрощении конструкции устройства.
Кроме того, заявляемая конструкция содержит конструктивные элементы, выполняющие несколько функций. Так, дно штока выполняет функцию крышки корпуса, функцию элемента жесткости и, кроме того, дно штока выполняет функцию дополнительного поршня, который дает возможность увеличить суммарную мощность гидроцилиндра. Полые трубки придают конструкции жесткость, обеспечивают плавный ход поршня, являясь его направляющими, а также средством, связывающим рабочие полости.
Рациональная взаимосвязь конструктивных элементов характеризует его как компактное устройство, обладающее повышенной мощностью.
1. Гидроцилиндр, содержащий корпус, выполненный в виде цилиндра, закрытого с торцов крышками, шток с поршнем, при этом шток выполнен в форме цилиндрического стакана с дном, в первой крышке выполнена сквозная кольцевая прорезь, разделяющая первую крышку на две части - наружную и внутреннюю, поршень установлен в корпусе с возможностью перемещения между торцевыми крышками вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса, как по направляющим, шток соединен с поршнем, при этом первая крышка размещена между дном штока и поршнем, а цилиндрическая поверхность штока проходит через сквозную прорезь в первой крышке, внутренняя часть первой крышки закреплена относительно корпуса посредством трех полых трубок, ориентированных вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса и проходящих через отверстия, выполненные в поршне, при этом один конец каждой трубки жестко соединен со второй торцевой крышкой и наглухо закрыт, а другой, открытый, конец проходит через отверстия, выполненные в первой крышке, и выходит на сторону первой крышки, обращенную к дну штока, при этом каждая трубка жестко соединена с внутренней частью первой крышки, на цилиндрической поверхности корпуса между торцевыми крышками выполнены два сквозных отверстия для отвода/подвода рабочей жидкости к поршню, при этом одно отверстие расположено максимально близко к первой крышке, а другое расположено максимально близко ко второй крышке, на цилиндрических поверхностях каждой трубки и штока выполнены сквозные отверстия - перепускные окна, при этом перепускные окна, выполненные в каждой трубке, расположены максимально близко ко второй крышке корпуса, а перепускные окна, выполненные в штоке, расположены максимально близко к поршню.
2. Гидроцилиндр по п.1, отличающийся тем, что диаметр сквозных отверстий не более высоты поршня.
3. Гидроцилиндр, содержащий корпус, выполненный в виде цилиндра, закрытого с торцов крышками, шток с поршнем, при этом шток выполнен в форме цилиндрического стакана с дном, в первой крышке выполнена сквозная кольцевая прорезь, разделяющая первую крышку на две части - наружную и внутреннюю, поршень установлен в корпусе с возможностью перемещения между торцевыми крышками вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса, как по направляющим, шток соединен с поршнем, при этом первая крышка размещена между дном штока и поршнем, а цилиндрическая поверхность штока проходит через сквозную прорезь в первой крышке, внутренняя часть первой крышки закреплена относительно корпуса посредством трех открытых с обоих концов полых трубок, ориентированных вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса и проходящих через отверстия, выполненные в поршне, внутренние полости каждой трубки изолированы от внутренней полости корпуса, в корпусе выполнены два сквозных отверстия для отвода/подвода рабочей жидкости к поршню, при этом одно отверстие выполнено на цилиндрической поверхности корпуса между крышками максимально близко к первой крышке, а другое выполнено во второй крышке, один конец каждой трубки жестко соединен со второй торцевой крышкой, а другой конец каждой трубки жестко соединен с внутренней частью первой крышки, проходит через отверстия, выполненные в первой крышке, и выходит на сторону первой крышки, обращенную к дну штока; отверстие, выполненное во второй крышке, сообщено с внутренней полостью каждой трубки посредством каналов, выполненных во второй крышке, на цилиндрической поверхности штока выполнены сквозные отверстия - перепускные окна, расположенные максимально близко к поршню.
4. Гидроцилиндр по п.3, отличающийся тем, что диаметр отверстия, расположенного максимально близко к первой крышке, не более высоты поршня.
