УПЛОТНЕНИЕ ШТОКА ГИДРОДЕМПФЕРА

Область техники
Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована для уплотнения подвижных соединений в гидравлических устройствах, в частности в гидравлических гасителях колебаний пассажирских железнодорожных вагонов.
Уровень техники
Известно уплотнение для подвижных соединений, размещенное в гнезде неподвижной детали и содержащее чашеобразный вкладыш из антифрикционного материала и упругий элемент в виде, например, резинового кольца (патент США №3663024, Кл.277-165, 16.05.72 - [1]). Такое уплотнение недостаточно надежно вследствие повышенных утечек рабочей жидкости, присущих таким уплотнительным элементам.
Известны штоковые уплотнения (Гидравлический гаситель колебаний. Руководство по эксплуатации 4065.33.000 РЭ - [2]; патент РФ №2235233 С2, F16F 5/00, F16F 9/18, 20.05.2003 - [3]), особенностью которых является то, что направляющее кольцо штока расположено ниже уплотняющей манжеты, что обусловливает такие недостатки уплотнения, как подверженность его воздействию абразивных частиц, незащищенность манжеты от неблагоприятного воздействия внешней среды, в частности низких температур, снега, льда.
Известно уплотнение штока гидродемпфера (Патент РФ №2324854, F16J 15/56, 2008 г.[4]), в котором использовано два вида уплотняющих элементов - манжета и направляющие кольца. Одно из направляющих колец расположено
выше уплотнительной манжеты и предохраняет ее от интенсивного абразивного износа и низких температур внешней среды. В конструкции использована манжета с жестким металлическим каркасом, а направляющая втулка выполнена разъемной в виде двух, охватывающих манжету частей, плотно примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями своих наружных фланцев. Обе части направляющей втулки с помощью гайки прижимаются к упорному кольцу и через уплотнение фиксируются в корпусе гидродемпфера.
Недостатком указанной конструкции [4], принятой за прототип, является то, что при разъемной конструкции направляющей втулки (при выполнении ее из двух, деталей) весьма проблематичной является возможность обеспечения строгой соосности полувтулок. Это имеет следствием неравномерность прижатия к штоку манжеты и направляющих колец, неравномерность их износа, а следовательно, и невысокую надежность уплотнения в целом.
Кроме того, из-за жесткой фиксации частей направляющей втулки на корпусе (на цилиндре) гидродемпфера возможные отклонения оси штока-поршня относительно оси цилиндра гидродемпфера при рабочих перемещениях штока-поршня имеют следствием увеличение указанной выше неравномерности прижатия к штоку уплотняющей манжеты и направляющих колец, то есть к усугублению отмеченных выше недостатков.
Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели поставлена задача повышения надежности узла уплотнения штока и увеличения срока его службы за счет обеспечения более равномерного прижатия к штоку уплотнительных элементов конструкции.
Это достигается тем, что в уплотнении штока гидродемпфера, содержащем охватывающие шток направляющую втулку, упорное кольцо и гайку, причем втулка выполнена с наружным фланцем и внутренними проточками с вмонтированными в них кольцевыми уплотнительными элементами, согласно полезной модели втулка выполнена неразъемной,
уплотнительные элементы - из гибкого материала, наружный фланец втулки выполнен в виде концентричного относительно оси втулки кольцевого зуба с двумя поверхностями, одна из которых через кольцевое уплотнение контактирует с упорным кольцом, другая через кольцевое уплотнение контактирует с прижимной гайкой, причем поверхности гайки и упорного кольца, участвующие в указанных контактах, выполнены с обеспечением возможности работы как на основных продольных, так и на поперечных нагрузках, а величины радиальных зазоров, предусмотренных между втулкой и гайкой, с одной стороны, и втулкой и упорным кольцом, с другой стороны, выбраны равными с выполнением условия компенсации максимально возможного угла отклонения штока от соосности с цилиндром корпуса гидродемпфера.
Кроме того, предусмотрено следующее.
Кольцевом зуб выполнен в виде прямоугольного выступа с двумя параллельными поверхностями.
Кольцевой зуб образован двумя встречными коническими поверхностями.
Уплотнительные элементы выполнены в виде манжеты, направляющего кольца и грязесъемника, расположенного выше манжеты.
Направляющее кольцо установлено выше уплотнительной манжеты. Направляющее кольцо установлено ниже уплотнительной манжеты.
Реализация указанных признаков позволяет исключить несовпадение проточек в направляющей втулке под уплотняющие элементы, а благодаря возможности гибкого поворота втулки вместе со штоком компенсируется возможная несоосность штока относительно оси цилиндра гидродемпфера.
Таким образом, введение указанных отличительных признаков позволяет получить требуемый технический результат: более равномерное прижатие к штоку уплотнительных элементов конструкции, повышение надежности узла уплотнения штока и увеличение срока его службы.
При анализе технического решения на соответствие критерию «новизна», выявлено, что часть признаков заявленной совокупности является новой, следовательно, полезная модель соответствует критерию «новизна».
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично представлено предлагаемое уплотнение штока гидродемпфера, в конструкции которого кольцевой зуб образован двумя встречными коническими поверхностями. На фиг.2 представлено предлагаемое уплотнение штока гидродемпфера, в котором кольцевой зуб выполнен в виде прямоугольного пояска с двумя параллельными поверхностями.
Позициями на фиг.1, 2 обозначены:
1 - шток (шток-поршень) гидродемпфера;
2 - направляющая втулка;
2.1 - фланец направляющей втулки;
3 - упорное кольцо;
4 - корпус;
5 - уплотнение;
6 - гайка прижимная;
7 - уплотнительная манжета;
8 - направляющее кольцо;
9 - грязесъемник;
δ - радиальный зазор между направляющей втулкой 2 и деталями 3, 6;
φ - угол возможного отклонения оси штока-поршня 1 относительно оси корпуса 4 гидродемпфера.
Осуществление полезной модели
Предлагаемая конструкция уплотнения штока по фиг.1 содержит охватывающие шток 1 направляющую втулку 2, кольцо 3, опирающееся на
выступ корпуса 4 гидродемпфера через уплотнение 5, и прижимную гайку 6, связанную с корпусом 4 резьбовым соединением.
Направляющая втулка 2 выполнена в виде единой детали с внутренними проточками, в которые вмонтированы гибкие уплотнительные элементы - манжета 7, направляющее кольцо 8 и грязесъемник 9. Грязесъемник 9 расположен выше манжеты, а кольцо 8 может быть расположено по разные стороны от манжеты 7 - и выше (как на фиг.1), и ниже (как на фиг.2) ее, в зависимости от условий предполагаемой эксплуатации. Втулка 2 на наружной поверхности имеет фланец 2.1 в форме кольцевого зуба с коническими поверхностями (как на фиг.1) или с параллельными поверхностями (как на фиг.2), которые через кольцевые уплотнения 10 и 11 контактируют с коническими поверхностями упорного кольца 3 и гайки 6.
В конструкции устройства между направляющей втулкой 2 и деталями 3, 6 предусмотрен радиальный зазор δ, достаточный для обеспечения возможности углового поворота штока 1 вместе с втулкой 2, вызванного максимальной несоосностью штока относительно корпуса гидродемпфера.
Сборка устройства осуществляется следующим образом: в корпус 4 гидродемпфера вводится шток-поршень, вкладываются последовательно уплотнение 5, упорное кольцо 3 и уплотнительное кольцо 10, затем на шток 1 надевается направляющая втулка 2 с предварительно размещенными в ней гибкими элементами 7, 8 и 9. Благодаря наличию в конструкции направляющего кольца 8 и грязесъемника 9, обеспечивается минимизация угловых перекосов манжеты 7 и более равномерное ее прижатие к штоку, а также защита манжеты 7 от неблагоприятного (абразивного и низкотемпературного) влияния внешней среды, то есть сохранены достоинства конструкции, присущие прототипу.
В отличие от прототипа, направляющая втулка выполнена не из двух частей, а неразъемной, в виде единой детали, поверхность которой, в том числе внутреннее отверстие и проточки под элементы 7, 8, 9, могут быть обработаны, например, на токарном станке, за одну установку, то есть с более высокой степенью соосности обрабатываемых поверхностей, чем на двух отдельных
деталях. Это увеличивает равномерность прилегания к штоку деталей 7, 8, 9, а следовательно, повышает надежность уплотнения и срок его службы.
Кроме того, благодаря выполнению втулки с наружным фланцем 2.1 в виде кольцевого зуба, и зажим его через кольцевые уплотнения 10 и 11 между упорным кольцом 3 и гайкой 6, а также благодаря наличию радиального зазора δ между втулкой 2 и деталями 3, 6 достигается упругое крепление втулки 2 относительно этих деталей и корпуса 4 гидродемпфера, позволяющее штоку отклоняться вместе с направляющей втулкой на угол φ в соответствии с возможным углом отклонения от соосности штока относительно корпуса (цилиндра) гидродемпфера. Возможность упругого поворота направляющей втулки 2 компенсирует влияние несоосности штока и цилиндра гидродемпфера, не нарушая требуемой равномерности прижатия к штоку уплотнительной манжеты 7 и направляющих колец 8, 9, что также способствует повышению надежности работы и срока службы уплотнительных элементов.
Выполнение контактирующих между собой через кольцевые уплотнения 10, 11 поверхностей зуба 2.1 втулки 2, кольца 3 и гайки 6 обеспечивает центрирование штока относительно корпуса (цилиндра) гидродемпфера и позволяет уплотнению в целом воспринимать не только нагрузки, направленные вдоль оси штока, но и имеющие место в эксплуатации боковые нагрузки (поперек штока).
Таким образом, можно сделать вывод, что введение указанных отличительных признаков обеспечивает выполнение поставленной задачи и получение технического результата - осуществляется более равномерное прижатие к штоку уплотнительных и направляющих элементов, что повышает надежность узла уплотнения штока, увеличивает срок службы его элементов.
Как видно из примера осуществления, предложенное техническое решение может быть осуществлено с помощью доступных средств и методов, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «Промышленная применимость».
Промышленная применимость
Изготовлены и испытаны опытные образцы гидродемпферов с предложенной конструкцией уплотнения штоков. Результаты испытаний положительные. Ведется подготовка к испытаниям на опытном вагоне в реальных условиях эксплуатации.
Источники информации
1. Патент США №3663024, Кл. 277-165, 1972 г.
2. Гидравлический гаситель колебаний. Руководство по эксплуатации 4065.33.000 (4065.33.100, 4065.33.200) РЭ, 2003.
3. Патент Российской Федерации №2235233, F16F 5/00, 2003 г.
4. Патент РФ №2324854, F16J 15/56, 2008 г., прототип.