ШАРНИР ДЛЯ САМОЗАКРЫВАЮЩЕЙСЯ РАСПАШНОЙ СТВОРКИ

Полезная модель относится к строительной промышленности, в частности к шарнирным средствам для навешивания распашных дверей или ворот и их вертикального перемещения при открывании и самозакрывании.
Известен шарнир с гидравлическим механизмом для закрывания распашной дверной створки (патент SU 1481367, опубл. 23.05.1989.). Шарнир содержит две пластины, где нижняя пластина имеет средство для закрепления на дверной коробке и прикрепленный к ней трубчатый элемент в виде стакана донышком вверх, а нижняя пластина имеет средство для закрепления на дверной створке и трубчатый элемент в виде стакана донышком вниз. Оба трубчатых элемента стянуты между собой осью с крепежными резьбовыми концами. Внутри трубчатых элементов установлен на оси подпружиненный сверху пружиной поршень продолговатой формы. Поршень имеет возможность возвратно-поступательного перемещения вдоль оси и образует верхнюю и нижнюю полости для перетекающей рабочей жидкости. На внутренних стенках обоих трубчатых элементов выполнены винтовые пазы, состоящие из участков с разным углом наклона, в которых расположены элементы качения в виде шариков. Для восполнения рабочей жидкости и травления воздуха при открывании двери и перемещении поршня, верхней трубчатый элемент имеет отверстие, сообщающееся с внешней воздушной средой. При открывании дверной створки вместе с пластиной поворачивается трубчатый элемент, в результате чего поршень перемещается на шариках вверх по оси, сжимая пружину, а шарики соответственно прокатываются по винтовым пазам. При обратном ходе дверной створки, за счет потенциальной энергии упруго сжатой пружины, поршень перемещается вниз, в результате чего в нижней полости возникает эффект сжатия, что приводит к перетеканию рабочей жидкости из нижней полости в верхнюю полость через зазоры между поршнем и осью. Недостатками известного шарнира являются его трудоемкая в изготовлении и сложная в сборке конструкция, трудность протачивания внутренних винтовых пазов, возможность протекания рабочей жидкости из-за большого количества отверстий в корпусе, опасность деформации винтовых пазов при открывании и закрывании дверной створки из-за больших сосредоточенных нагрузок на шарики, имеющих небольшой диаметр, что снижает долговечность шарнира, ограниченные функциональные возможности и эксплуатационные характеристика шарнира, так как обратный ход закрывания створки осуществляется не столько за счет поля гравитации, сколько за счет потенциальной энергии упруго сжатой пружины, явно недостаточной для создания закрывающего момента и обеспечения полного и плотного самозакрывания дверной створки.
Также, известно устройство для автоматического запирания и отпирания распашной створки ворот (патент US 5050344, опубл. 24.09.1991). Устройство содержит шарниры, каждый из которых имеет горизонтально расположенную шарнирную пластину, прикрепленную к стойке ворот, и вертикально расположенный стержневой элемент шарнира, скользяще размещенный в отверстии пластины и прикрепленный отогнутыми концами к створке ворот. Под стержневым элементом одного из шарниров на стойке ворот установлен в вертикальном положении цилиндрический корпус с размещенным в нем подвижным штырем, выдвигающимся вверх при помощи гидравлического привода. На поверхности корпуса выполнена спиральная канавка, в которую вставлен прикрепленный к створке ворот и вращающийся вокруг горизонтальной оси роликовый толкатель, перемещающийся по каналу в цилиндрическом корпусе. Верхний и нижний конечные участки спиральной канавки располагаются в продольном направлении, образуя со спиральной канавкой резкий изгиб и выступ. К гидравлическому приводу по трубопроводу подведена рабочая жидкость, при помощи которой он приводится в действие и выталкивает штырь из цилиндрического корпуса вверх, где верхний торец штыря в свою очередь упирается в нижний конец расположенного вверху вертикального стержневого элемента шарнира, оказывая на него давление направленной вверх вертикальной силой, одновременно с этим вставленный в спиральную канавку роликовый толкатель вместе со створкой ворот поднимается вверх, одновременно воспроизводя в плане криволинейную траекторию поворота открытия створки ворот и линейно перемещая ее вверх по вертикали. При отключении подводящего трубопровода и снятии давления в гидравлическом приводе, верхний торец штыря опускается вниз, освобождая нижний конец расположенного вверху продольного стержневого элемента шарнира, который также начинает опускаться, при этом вставленный в спиральную канавку роликовый толкатель скатывается вниз, одновременно воспроизводя в обратом порядке траекторию поворота закрытия створки ворот и линейно перемещая ее вниз по вертикали. Устройство также оборудовано тросово-рычажным запорным средством, кинетически соединенным с приводным механизмом. Недостатками известного устройства являются его трудоемкая в изготовлении и сложная в сборке конструкция, ненадежная в эксплуатации, так как состоит из большого количества деталей, соединенных между собой разнородными кинетическими связями, при этом устройство обладает ограниченными функциональными возможностями и эксплуатационными характеристиками, так как работа его приводного механизма зависит от внешнего источника гидравлической энергии, при этом существует опасность заклинивания роликового толкателя на верхнем и нижнем конечных участках спиральной канавки, простирающихся в продольном направлении и образующих резкий изгиб и выступ, а при переходе ролика со спуска на подъем и обратно, закрывание створки происходит с ударом, в результате чего рабочая поверхность роликового толкателя и опорные поверхности деформируются под воздействием динамических нагрузок.
В качестве прототипа принят защищенный от взлома шарнир для самозакрывающейся и самозапирающейся распашной дверной створки (патент CN 200999538, опубл. 02.01.2008). Шарнир содержит верхнюю шарнирную пластину, закрепленную на дверной створке, и нижнюю шарнирную пластину, закрепленную на стойке дверной коробки. К верхней шарнирной пластине, располагаемой на дверной створке, прикреплена цилиндрическая часть, неразъемно соединенная в вертикальным осевым стержнем и установленной на нем опорной седловой муфтой, оборудованной вращающимся на горизонтальной оси роликом, расположенным во внутренней части промежутка между вертикальным осевым стержнем и опорной седловой муфтой. К нижней шарнирной пластине, располагаемой на стойке дверной коробки, прикреплена стаканная часть, предназначенная для заполнения рабочей жидкостью и вставки осевого стержня верхней цилиндрической части, при этом верхняя кромка нижней стаканной части выполнена в виде опорной поверхности, состоящего из горизонтального участка и участками со спирально возвышающимся и понижающимся уклонами, по которым прокатывается ролик при повороте дверной створки. При закрывании дверной створки, вращающийся относительно своей горизонтальной оси ролик сначала перемещается по горизонтальному участку, а затем поднимается вверх по участку со спирально возвышающимся уклоном, испытывая сопротивление трения и массу приподнимаемой дверной створки, а затем, скатываясь вниз по участку со спирально понижающимся уклоном, под воздействием поля гравитации, дверная створка опускается вниз и быстро закрывается. Недостатками известного шарнира являются его сложная в изготовлении конструкция, ограниченные функциональные возможности и эксплуатационные характеристика из-за того, что при повороте дверной створки прокатывание ролика происходит с ударом из-за резких перепадов высот и выступов при переходе с горизонтального участка на спирально повышающийся участок и, в свою очередь, со спирально понижающегося участка на горизонтальный участок (Fig.5), в результате чего рабочая поверхность ролика и участки опорной поверхности деформируются под воздействием динамических нагрузок, к тому же горизонтальные участки опорной поверхности не обеспечивают полного самозакрывания дверной створки и ее приходится поворачивать вручную, прилагая усилие до тех пор, пока ролик не прокатится по спирально возвышающемуся участку опорной поверхности и не перейдет на спирально понижающийся участок опорной поверхности, где не обеспечивается плавное торможение дверной створки и ее закрывание происходит с ударом, в связи с чем шарнир быстро расшатывается и приходит в негодность.
Технической задачей, для решения которой предлагается полезная модель, является совершенствование и упрощение конструкции шарнира, повышение надежности и долговечности шарнира и улучшение его функциональных и эксплуатационных характеристик, облегчение технологии его изготовления и сборки, обеспечение удобства в эксплуатации за счет стабилизации скорости перемещения створки, плавности торможения и плотности самозакрывания.
Указанная техническая задача решается предлагаемым шарниром для самозакрывающейся распашной створки, содержащую закрепленную на створке верхнюю подвижную цилиндрическую часть, неразъемно соединенную с вертикальным осевым стержнем и оборудованную вращающимся на горизонтальной оси роликом, и закрепленную на стойке коробки нижнюю неподвижную стаканную часть, заполненную рабочей жидкостью и предназначенную для вставки осевого стержня верхней подвижной цилиндрической части, при этом верхняя кромка нижней неподвижной стаканной части выполнена в виде опорной поверхности для прокатывания ролика. Новым является то, что нижний конец вертикального осевого стержня верхней подвижной цилиндрической части оборудован поршневой прокладкой, внутри осевого стержня расположена емкость для перетекающей рабочей жидкости, оборудованная средством регулирования скорости ее перетекания при смене направления движения, при этом емкость соединена нижним проходным каналом с нижней стаканной частью, заполненной рабочей жидкостью, а верхним проходным каналом, проходящим сквозь верхнюю подвижную цилиндрическую часть, соединена с внешней воздушной средой. Ролик может быть оборудован цилиндрическим подшипником качения с внешней насадкой, что позволит облегчить вращение ролика, а также защитить подшипник от повреждений. Целесообразно, если профиль поверхности качения внешней насадки подшипника будет выполнен в виде кругового сегмента, что позволит обеспечить максимальную площадь касания при изменяющихся углах наклона опорной поверхности. В зависимости от режима эксплуатации створки и скорости ее закрывания, опорная поверхность для прокатывания ролика может быть выполнена под разным углом наклона. Функционирование шарнира оптимально, если угол α наклона опорной поверхности будет составлять а пределах от 5° до 35°. Проходные каналы могут быть расположены в центре верхней подвижной цилиндрической части, что позволит равномерно распределять рабочую жидкость по всем объемам. Рабочая жидкость перетекает беспрепятственно, если верхний проходной канал будет оборудован съемным воздушным клапаном. В качестве рабочей жидкости может быть принята гидравлическая смесь масел. Надежность функционирования шарнира обеспечена, если поршневая прокладка и средство регулирования скорости перетекания будут выполнены из материала, устойчивого воздействию масляной смеси и сил трения.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан продольный разрез шарнира в закрытом нижнем положении, на фиг.2 показан продольный разрез шарнира в открытом верхнем положении, на фиг.3 показан вид сверху шарнира без воздушного клапана, на фиг.4 показан поперечный разрез шарнира в месте расположения ролика.
Полезная модель поясняется примером конкретного выполнения шарнира для самозакрывающейся распашной створки.
Шарнир 1 изготавливается из соответствующей сортовой стали и содержит верхнюю подвижную цилиндрическую часть 2, прикрепляемую к распашной створке (не показана), и нижнюю неподвижную стаканную часть 3, прикрепляемую к стойке коробки (не показана). Верхняя цилиндрическая часть 2 шарнира 1 выполнена за одно целое с вертикальным осевым стержнем 4, в основании которого установлен вращающийся на горизонтальной оси 5 ролик 6. Нижняя стаканная часть 3 заполнена рабочей жидкостью в виде гидравлической смеси масел 7 и предназначена для вставки осевого стержня 4 верхней цилиндрической части 2, оборудованного поршневой прокладкой 8 (см. фиг.1 и 2). Верхняя наклонная кромка нижней стаканной части 3 является опорной поверхностью 9 для прокатывания ролика 6 и ее угол наклона α в данном случае составляет 20° (см. фиг.4). Ролик 6 состоит из цилиндрического подшипника качения 10, установленного на горизонтальной оси 5, выполненной в виде резьбового винта соответствующего диаметра и ввинченного в основание вертикального осевого стержня 4. На подшипник 10 насажена наружная обойма 11, закрепленная на подшипнике 10 при помощи холодной сварки, при этом профиль поверхности качения наружной обоймы 11 ролика 6 выполнен в форме кругового сегмента, что позволяет ролику 6 при прокатывании мягко соприкасаться с опорной поверхностью 9 максимальной площадью, независимо от ее угла наклона α. Нижний торцевой конец вертикального осевого стержня 4 верхней цилиндрической части 2 оборудован поршневой прокладкой 8, выполненной из полипропилена. Внутри осевого стержня 4 расположена емкость 12, предназначенная для размещения перетекающей из нижней стаканной части 3 смеси масел 7. Емкость 12 оборудована средством регулирования скорости 13 перетекания смеси 7 при изменении ее направления движения, которое выполнено в виде эбонитового диска с небольшими проходными отверстиями. Диаметр диска средства регулирования скорости 13 перетекания смеси масел 7 меньше диаметра емкости 12 настолько, что может беспрепятственно перемещаться в ней под напором перетекающей смеси 7, а его высота достаточна для того, чтобы не перевернуться и не заклинить при перемещении. Емкость 12 соединена нижним центральным проходным каналом 14 с нижней стаканной частью 3, заполненной смесью масел 7, а верхним центральным проходным каналом 15, проходящим сквозь верхнюю подвижную цилиндрическую часть 2, соединена с внешней воздушной средой (см. фиг.3). Верхний проходной канал 15 предназначен для подачи гидравлической смеси масел 7 во внутрь шарнира 1 и регулирования ее беспрепятственного перетекания из нижней стаканной части 3 в емкость 12 и обратно, путем поступления по верхнему каналу 15 воздуха из воздушной среды и обратно, для чего канал оборудован съемным воздушным клапаном 16. Шарнир работает следующим образом. При самозакрывании распашной створки (не показана), вместе со створкой под воздействием поля гравитации поворачивается прикрепленная к ней верхняя цилиндрическая часть 2 шарнира 1 с вертикальным осевым стержнем 4 и вращающимся роликом 6, в то время, как прикрепленная к стойке коробки (не показана) нижняя стаканная часть 3 шарнира 1, заполненная смесью масел 7, остается в неподвижном состоянии. Вертикальный стержень 4 с верхней цилиндрической частью 2 поворачивается относительно своей оси, в то время, как ролик 6, закрепленный в основании вертикального стержня 4, скатывается по наклонной опорной поверхности 9 вниз, увлекая за собой верхнюю цилиндрическую часть 2 шарнира 1 с прикрепленной к нему распашной створкой. Нижний конец вертикального осевого стержня 4 с поршневой прокладкой 8 и внутренней емкостью 12 с нижним проходным каналом 14 опускаются в нижнюю стаканную часть 3 шарнира 1, заполненную смесью масел 7, тем самым увеличивая на нее давление, в результате чего излишек смеси масел 7 из нижней стаканной части 3 шарнира 1 перетекает через нижний проходной канал 14 в емкость 12, расположенную внутри вертикального осевого стержня 4. В данном случае средство регулирования скорости 13 перетекания смеси масел 7, выполненное в виде эбонитового диска с небольшими проходными отверстиями, под напором смеси 7 отдаляется от нижнего проходного канала 14 и не препятствует скорости ее перетекания, тем самым стабилизируя скорость перемещения створки и обеспечивая плотность ее закрывания. При открывании распашной створки, вместе со створкой поворачивается прикрепленная к нему верхняя цилиндрическая часть 2 шарнира 1 с вертикальным осевым стержнем 4 и вращающимся роликом 6. Вертикальный стержень 4 с верхней цилиндрической частью 2 поворачивается относительно своей оси, в то время, как ролик 6, закрепленный в основании вертикального стержня 4, перемещается по наклонной опорной поверхности 9 вверх, увлекая за собой верхнюю цилиндрическую часть 2 шарнира 1 с прикрепленной к нему створкой. Нижний конец вертикального осевого стержня 4 с поршневой прокладкой 8 и внутренней емкостью 12 с нижним проходным каналом 14 поднимаются из нижней стаканной части 3 шарнира 1, заполненной смесью масел 7, тем самым уменьшая на нее давление, в результате чего излишек смеси масел 7 перетекает через нижний проходной канал 14 из емкости 12, расположенной внутри вертикального осевого стержня 4, в нижнюю стаканную часть 3 шарнира 1. В данном случае, средство регулирования скорости 13 перетекания смеси масел 7, выполненное в виде эбонитового диска с небольшими проходными отверстиями, под напором смеси 7 приближается к нижнему проходному каналу 14, фильтрует смесь масел 7 и препятствует скорости ее перетекания, тем самым стабилизируя скорость перемещения створки и обеспечивая плавность ее открывания.