ИНЕРЦИОННЫЙ ГИДРОЦИЛИНДР ЭФФЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а конкретно к дорожным, строительным и подъемно-транспортным машинам, имеющим гидравлические системы, в состав которых входят силовые гидродвигатели.
Предлагаемое устройство может быть применено для преобразования энергии жидкости в механическую и аккумулирования ее в конструкции гидрофицированных машин, работающих в условиях значительных динамических нагрузок на рабочем оборудовании, рабочие органы которых воздействуют на грунт и близкие по физико-механическим свойствам материалы.
Известны силовые конструкции для гашения колебаний виброизолируемых объектов, содержащие инерционный механизм, две опоры, механическую передачу, корпус, в котором установлен вертикальный винт с гайкой, взаимодействующий с маховиком (патент RU №2142586)
Недостатком известного устройства является то, что маховик, выполненный в виде цилиндра внутри корпуса, не обеспечивает создание осевых инерционных сил на опорах конструкции при торможении, что снижает эффективность работы. Кроме того, маховик при высоких частотах относительных перемещениях опор вследствие своей инерционности будет практически блокировать механизм и ухудшать плавность хода выходного звена. Так же к недостаткам можно отнести невозможность преобразования гидравлической энергии в механическую, низкую надежность в сопряженных механизмах и сложность применения в гидравлических приводах экскаваторов.
Наиболее близким техническим решением полезной модели, принятым за прототип, является гидроцилиндр, опоры качения поршня и штока которого выполнены разборными, состоящими из двух неподвижных самоустанавливающихся стаканов с вкладышами, подвижных полумуфт, попарно соединенных центрирующими пружинами, сепараторов с подпружиненными направляющими роликами, а также упорных размерных шайб (авторское свидетельство SU №1807256)
Недостатком известного оборудования является невозможность преобразовать силы гидравлического сопротивления в полезную работу и аккумулировать энергию рабочей жидкости гидропривода. Полезная работа выполняется только за счет создаваемого давления жидкости, большая часть которой затрачивается на преодоление сил сопротивления при трении. Так же к недостаткам известного прототипа следует отнести затруднение в осуществлении соосности сопряжений и сложность изготовления обойм с рекомендуемым углом α между опорными наклонными поверхностями последних и стаканов поршневой и штоковой опор качения. Недостатком известного гидроцилиндра является отсутствие демпфера-ограничителя, что при максимальном выходе штока гидроцилиндра способствует удару о верхнюю крышку.
Задачей полезной модели является повышение энергоэффективности устройства, использование силы тяжести рабочего оборудования и обеспечение рекуперации энергии жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что инерционный гидроцилиндр эффективного действия содержит цилиндрический корпус, поршень со штоком, опоры качения поршня и штока при этом внутри корпуса на опорах качения размещен инерционный маховик с фрикционным диском, щток выполнен полым, внутри штока расположен, винтовой стержень, а на конце штока закреплена шариковая гайка.
Возможность решения задачи обеспечивается следующим: на известном гидроцилиндре с целью повышения энергоэффективности и рекуперации энергии на центрирующем стержне закреплен маховик с винтовым стержнем, взаимодействующий с гайкой, которая преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное; механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, расположенного в нижней части, с возможностью вращения внутри корпуса посредством подпружиненного фрикционного диска; винтовой стержень одним концом закреплен в подшипники нижней части корпуса, а другим - в полом штоке цилиндра. Соосное перемещение обеспечивает механическая передача системы «гайка с шариками - винтообразный стержень», малый шаг винтовой проточки обеспечивает высокую частоту вращения винта и, соответственно, высокое передаточное отношение, что повышает надежность, долговечность и уменьшает габариты и массу махового колеса; длина винтовой части стержня от верхней части до нижней части основания определяет ход штока и автоматически регулирует зазор между крышкой гидроцилиндра и поршнем.
На фиг. 1 изображен общий вид гидроцилиндра эффективного действия при динамическом нагружении. Гидроцилиндр содержит посадочное отверстие для пальца 1, подшипник качения 2, шайбу тарельчатую 3, пружину коническую 4, которая закреплена между шайбами и обеспечивает инерционную нагруженность махового колеса 5, движение которого ограничивается фрикционным диском 6. Подвод и отвод рабочей жидкости осуществляется через впускной и выпускной штуцер прямого хода 7, размещенного на корпусе цилиндра. Винтовой стержень гидроцилиндра 13 выполняющий роль передаточного механизма имеет поршень 12 с уплотнительными кольцами 9 и сферами качения 10. Шариковая гайка расположена в корпусе поршня и находится в зацеплении с винтовым стержнем. Шток гидроцилиндра 14 выполнен полым и находится в сопряжении с направляющей втулкой 15, имеющей направляющие качения 16 и центрирующие каналы конфузорной и диффузорной формы. Шариковая гайка 11 и опора обеспечивают осевое вращение винта 13 с минимальным сопротивлением, что повышает надежность работы винтовой пары. Поскольку винтовая пара имеет малый шаг, обеспечивается большое передаточное отношение. Поэтому маховик 5 имеет небольшие габаритные размеры и массу.
ст
Осевое перемещение фрикционного диска 6 осуществляется под действием момента трения. Нижняя часть корпуса заполнена маслом, что стабилизирует момент трения и повышает надежность работы фрикционной пары, улучшает отвод теплоты от фрикционного диска. Для улучшения циркуляции масла и отвода теплоты в нижней части цилиндра имеется отверстие. Для возможности автоматического обеспечения оптимального зазора между поршнем 12 и нижней или верхней крышкой гидроцилиндра выполнена винтовая проточка стержня 13 определенной длины l. Возможность компенсировать неравномерность динамических нагрузок и сил тяжести масс оборудования предусмотрен рекуператор с маховиком 5, конической пружиной 4 и фрикционным диском 6. Угол наклона винтовой проточки α стержня 13 и шариковой гайки И регламентирует скорость движения штока без стопорения и заклинивания.
Устройство работает следующим образом. При разработке грунта экскаватором усилие сопротивление грунта передается на рабочий орган и оборудование. Динамические нагрузки так же воспринимают элементы гидропривода, наиболее напряженные из которых гидроцилиндр. Рабочая жидкость подается под давлением от 28-32 мПа через впускной штуцер прямого хода 7, за счет сил давления поршень 12 приходит в движение, совершая поступательное движения. При этом шариковая гайка 11 приводит в движение винтовой стержень 13, который, в свою очередь, маховое колесо 5, разгружая коническую пружину 4. Поршень 12, перемещаясь, обеспечивает поступательное движения штока 14 и передает усилие на рабочий орган дорожно-строительной машины. За счет применения направляющей втулки 15 с направляющими качения 16 снижается сила трения в сопряжениях, а конфузорно-диффузорные каналы 17 обеспечивают гидравлическое усилие для соосного перемещения штока. При воздействии нагрузки и силы тяжести масс рабочего оборудования шток 14 перемещается в исходное положение (к основанию крышки). Одновременно шариковая гайка 11 через винтовые проточки преобразует поступательное движение поршня 12 во вращательное движение винтового стержня 13, а последний в свою очередь передает потенциал энергии маховому колесу 5. За счет массы маховика 5 и передаваемой нагрузки от сил тяжести масс рабочего оборудования маховик 5 увеличивает частоту вращения и момент инерции. Далее инерционные силы сжимают коническую пружину 4, а фрикционный диск 6 фиксирует маховик 5, аккумулируя энергию рабочей жидкости и масс оборудования. При открытии перепускного клапана гидроцилиндра под действием сил пружины 4, маховик 5 приобретает ускорение и через шариковую гайку 11 преобразует вращательное движение винтового стержня 13 в возвратно-поступательное движение поршня 12 и, соответственно, штока 14. Равномерность движения штока 14 с постоянной скоростью обеспечивается углом наклона винтовой выточки и, соответственно, передаточным отношением. Ход поршня 12 и штока 14 ограничивается длиной винтовой проточки, обеспечивая оптимальный безопасный зазор между поршнем и крышками гидроцилиндра, исключая биение о них.
Дальнейшая работа устройства осуществляется аналогично работы гидропривода экскаватора.
Использование заявленного устройства обеспечивает рекуперацию энергии рабочей жидкости и преобразование силы тяжести масс оборудования в механическую энергию, что ведет к повышению энергоэффективности всего гидропривода экскаватора.