ПОРШЕНЬ ГИДРОЦИЛИНДРА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к гидроприводу, и может быть использовано в гидроцилиндрах сельскохозяйственной техники с возвратно-поступательным движением поршня и предназначено для повышения надежности, и работоспособности поршневых гидроцилиндров и снижении затрат при их эксплуатации.
Известно авторское свидетельство №1610160 «Сборный поршень», опубликованное 30.11.1990, бюл. №44, включающий в себя двухстороннее опорное кольцо, резиновые манжеты, прижимные шайбы. Недостатками конструкции являются сложное изготовление специального корпуса поршня и использование резины в качестве материала для изготовления уплотнительных элементов, которые при отрицательных температурах и работе в кислотных средах разрушаются, то есть ухудшаются физико-механические свойства снижая надежность работы гидроцилиндров и повышая затраты на эксплуатацию механизмов.
Известен также поршень силового гидроцилиндра в котором, эластичный уплотнительный элемент залит на корпусе поршня из полиамида марки П-610Л в пресс-форме и в статическом состоянии имеет наружную торовую поверхность с радиусом от 1 до 1,5 диаметра гидроцилиндра и ширину от 0,2 до 0,3 того же диаметра, причем уплотнительный элемент залит в установочной канавке Т-образной формы, имеющей в верхней части (наружной) форму ласточкиного хвоста (см. Патент РФ №2194204, Опубл. 10.12.2002. Бюл. №34).
При хорошем качестве работы такого поршня его недостатками являются сложность изготовления поршня и в особенности перссформы для заливки и применение в качестве уплотнительного материала полиамида, требующего использование специального литьевого оборудования.
Задачей полезной модели является расширение ассортимента уплотнительных элементов с повышением надежности и работоспособности поршня с уплотнительными элементами при упрощении конструкции поршня и снижении его стоимости и затрат на эксплуатацию.
Задача решается тем, что используют поршень силового гидроцилиндра, содержащий корпус поршня и установленные на нем эластичные уплотнительные элементы (манжеты), при этом эластичные уплотнительные элементы изготовлены сменными, установлены встречно и выполнены из полиуретана, а их рабочие поверхности имеют несколько ушютнительных треугольных поясов на наружной и внутренней посадочными расширяющимся коническим поверхностями глубиной порядка 0,5 мм и торцевую конусную кольцевую канавку, под фиксирующие упоры, причем уплотнительные пояски манжет в сечении имеют треугольную форму с углом при вершине 90°, а количество поясков равно трем и выполнены манжеты из полиуретана марку СКУ-ПФЛ-100 по ТУ 38103137-78, при этом расширяющиеся конические поверхности выполнены с наклоном образующей от 5° до 10°.
На фиг.1 представлен общий вид гидроцилиндра в разрезе с поршнем предложенной конструкции (схема).
1
На фиг.2 представлен поперечный разрез предложенного уплотнительного элемента изготовляемого из полиуретана, где D - диаметр гидроцилиндра в мм; d - диаметр штока в мм; α - угол расширения равный от 5° до 10°.
Конструкция, представленная на фиг.1, включает себя корпус поршня 6, который находится в гидроцилиндре 1, установлен на штоке 5 и зафиксирован гайкой 2. Поршень 6 имеет уплотнительные манжеты 4, установленные встречно и поджатые упорными шайбами 3.
Форма уплотнительных элементов (манжет) фиг.2 их уплотнительных поясков и углы расширения α (α от 5° до 10°) были подобраны опытным путем и сформированы так, чтобы при работе уплотнительный элемент не выдавило давлением масла, при этом за счет данной формы полиуретановой уплотнительный элемент под давлением масла несколько деформируется и поджимается к зеркалу цилиндра 1.
х
На фиг.2 видно, что у манжеты конусная расширяющая поверхность имеет три кольцевые возвышенности с закруглениями в верхней их части, которые из условий жидкостного трения при установившемся движении уменьшат коэффициент трения между рабочей поверхностью манжеты и зеркалом гидроцилиндра, при том наклонная поверхность относительно центра оси расположены под углом 45°, и относительно друг друга образуют угол в 90°. Так же на конусной поверхности расширяющейся на угол α манжеты между 3 возвышенностей имеются две впадины, глубина которых порядка 0,5 мм.
Предложенная конструкция работает следующим образом. При подаче рабочей жидкости с той или иной стороны поршня производится дополнительное поджатие уплотнительных элементов 2 и 3, а также при работе создается смазывающая пленка между зеркалом цилиндра и уплотнительным элементами, что снижает износ уплотнительных элементов. Проведенные сравнительные испытания при статистическом и динамическом режиме серийных резиновых манжет и опытных полиуретановых уплотнений с коническими поверхностями расширения и треугольными поясками на испытательном стенде в экспериментальной лаборатории кафедры графики и деталей машин Уральской Государственной Сельскохозяйственной академии показали, что в течении 6 часов давление масла у резины упало на 3%, а у полиуретановых на 2%. Также проведенные испытания показали, что полиуретановые манжеты из полимера марки СКУ-ПФЛ-100 по ТУ 38103137-78 по своим физико-химическим и эксплуатационным свойствам не уступают серийным резиновым манжетам, а по наработке их превосходят. Дополнительно были проведены длительные производственные испытания полиуретановых уплотнений экспериментальной серии на гидроцилиндр диаметром 80 мм в АОЗТ «Форлекс», где были поставлены опытные образцы в гидроцилиндры на бульдозер и испытания показали, что срок службы у поршней с предложенными полиуретановыми уплотнениями по сравнению с поршнями, на которых установлены серийные резиновые манжеты, в 3-5 раз больше.
Предложенная конструкция уплотнительных элементов - манжет обеспечивает простой монтаж и демонтаж разборного поршня. Оптимальные размеры уплотнительных элементов будут зависеть от рабочего давления жидкости, физико-механических свойств полиуретанового материала. Выбор и расчет этих параметров производится на основе гидродинамической теории смазки. При высоком давлении жидкости и упругом поджатии предложенные уплотнительные элементов обеспечивают надежную смазочную пленку в условиях граничного трения. В условиях смазки коэффициент трения между полиуретаном и металлом будет минимальным, поэтому износ будет незначителен.
Проведенные лабораторные и производственные испытания показали, что предложенная конструкция работоспособна, проста в эксплуатации, надежна в работе и может быть рекомендована в производство для установки в гидроцилиндры сельскохозяйственных и строительных машин работающих в сложных и агрессивных условиях эксплуатации.