ЦИЛИНДР ОБЪЕМНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ОДНОСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
TRANSLATIONAL ONE-WAY ACTION VOLUMETRIC DISPLACEMENT CYLINDER

По функциональности использования косвенными аналогами предлагаемого изобретения являются используемые в гидравлических приводах гидроцилиндры одностороннего действия, у которых движение рабочего органа (штока) в одну сторону происходит за счет давления рабочей среды, а в другую от действия нагрузки (воздействие пружин, вес узлов и пр.). [Башта Т.М. «Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем», М., «Машиностроение», 1974 г., с. 490, §127].
Известно, что применение жидкостей и масел в качестве рабочей среды требует высокую степень герметичности рабочих камер. Что достигается высокой степенью чистоты обработки рабочих поверхностей, деталей этих машин и механизмов и применением разного рода уплотнений и уплотнительных устройств, что существенно повышает стоимость их изготовления, обслуживания и ремонта. Необходимость фильтрации и охлаждения рабочей жидкости также сказывается на удорожании изготовления, эксплуатации, обслуживания и ремонта. Чувствительность к перепадам температуры окружающей среды отрицательно сказывается на работе гидравлических цилиндров.
Существенным признаком предлагаемого изобретения является применение шариков, обладающих механической энергией, в качестве рабочих тел. Применение шариков в качестве рабочих тел не требует высокой степени герметичности рабочих камер. Вследствие чего отпадает необходимость в высокой чистоте обработки рабочих поверхностей цилиндра, поршня и штока и применении уплотнительных устройств и устройстве дренажа. Таким образом, снижение чистоты обработки и смягчение допусков при изготовлении поверхностей рабочих камер и отказ от уплотнительных устройств позволяют значительно удешевить изготовление, обслуживание и ремонт. Перепады температуры окружающей среды не влияют на работоспособность цилиндра.
Удержание выдвинутого в нужное рабочее положение поршня в цилиндрах, использующих шарики в качестве рабочих тел, не требует дополнительных затрат энергоресурсов, т.к. не требуется поддержание постоянного рабочего давления, что приводит к существенной их экономии и снижению эксплуатационных затрат.
На Фиг 1. показан продольный разрез цилиндра. Цилиндр состоит из корпуса 1 и поршня 2. В поперечном сечении и корпус 1 и поршень 2 имеют преимущественно круглое сечение.
На Фиг. 2 показан продольный разрез корпуса 1. Корпус 1 состоит из цилиндра 3, крышки передней 4, крышки задней 5 и предназначен для организации возвратно- поступательного движения поршня 2, находящегося в его внутренней полости, стенки которой со стороны впускных отверстий крышки передней 4 образуют рабочую камеру. Обе крышки крепятся к цилиндру необходимым количеством резьбовых креплений 6. Цилиндр 3 состоит из тубы преимущественного круглого поперечного сечения необходимой длины, диаметра и толщины стенки. На концах трубы жестко установлены фланцы, с внутренними отверстиями, повторяющим внешний контур трубы, и с отверстиями, располагающимися по периметру фланца для крепления крышек крепежными элементами. Кроме фланцев на наружной поверхности трубы могут быть закреплены проушины, цапфы и др. для установки цилиндра на месте применения. Труба, фланцы и крышки изготавливаются из прочных и износостойких материалов, различных сталей, сплавов, металлов, композитных материалов и др. Крышка передняя 4 отличается тем, что для беспрепятственного входа-выхода шариков на внутренней поверхности организовано конусообразное углубление с предпочтительным углом раскрытия конуса α=150°, которое заканчивается цилиндрическим углублением диаметром, превышающим троекратный максимальный диаметр применяемых шариков, глубиной, равной двукратному диаметру шариков, и имеющее конусообразное дно. Высота конуса дна предпочтительно больше или равна половине максимального диаметра применяемых шариков. В стенках цилиндрического углубления сделаны сквозные впускные отверстия, равномерно распределенные по длине окружности и под углом предпочтительно β=45° к продольной оси крышки, которые на своих внешних концах имеют организованные места для присоединения питающих трубопроводных магистралей, через которые подаются и отводятся рабочие шарики. Для эффективной работы цилиндра впускных отверстий должно быть необходимое количество.
Крышка задняя 5 отличается тем, что для уменьшения силы трения возвратно- поступательного движения штока поршня в стенке отверстия для прохода штока поршня организованы преимущественно кольцевые канавки, в которые плотно устанавливаются те же шарики, что и шарики, служащие рабочими телами.
Поршень 2 в поперечном сечении имеет форму, соответствующую контуру внутренней полости корпуса 1 с размерами, обеспечивающими зазор λ по всему контуру. На внешней образующей поршень 2 имеет предпочтительно кольцевые канавки глубиной, обеспечивающей зазор λ, плотно заполненные шариками. Преимущественно применяются те же шарики, которые используются как рабочие тела для данного цилиндра.
Поршень может быть цельным или может состоять из нескольких частей: поршень, шток и др.
Корпус 1 со всеми компонентами, поршень 2 изготавливаются из прочных и износостойких материалов, таких как различные стали, сплавы, металлы, композитные материалы и др. Степень точности изготовления рабочих поверхностей IX-XII. Класс шероховатости 3-4.
Осуществление изобретения
Передняя крышка корпуса 1 имеет специально организованные отверстия для входа-выхода шариков, к которым присоединены питающие трубопроводные магистрали. Задняя крышка 5 корпуса 1 имеет сквозное отверстие для выхода штока поршня 2. В стенках отверстия сделаны преимущественно кольцевые канавки, плотно заполненные шариками, служащими опорами штоку поршня и облегчающие, за счет снижения силы трения, его возвратно-поступательные движения. Преимущественно применяются те же шарики, что используются как рабочие тела для данного цилиндра. Поршень 2 в поперечном сечении имеет форму, соответствующую контуру внутренней полости корпуса 1 с размерами, обеспечивающими зазор λ по всему контуру. На внешней образующей поршень 2 имеет предпочтительно кольцевые канавки глубиной, обеспечивающей зазор λ, плотно заполненные шариками. Преимущественно применяются те же шарики, что используются как рабочие тела для данного цилиндра.
Шарики, обладающие механической энергией, из питающих трубопроводных магистралей через отверстия в передней крышке поступают в рабочую камеру цилиндра и, воздействуя на поршень, совершают работу, сдвигая его к противоположному краю.