ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД НИЗКОГО ТРЕНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к гидроприводам исполнительных механизмов, и может быть использована для уплотнения штоков в следящих системах, где высокий уровень трения в гидравлических цилиндрах приводит к ошибкам управления, при тестировании конструктивных деталей, в машинах для испытания материалов и везде, где присутствует высокая динамичность, точность и имеют место значительные поперечные нагрузки.
Из уровня техники известен гидравлический привод низкого трения с плавающим уплотнением штока, где втулка охватывает уплотнительные элементы и установлена на штоке с возможностью поворота относительно сопряженных с ней двух плавающих колец, зафиксированных в виде пакета с втулкой резьбовой крышкой в корпусе вдоль оси. Втулка выполнена цилиндрической. Плавающие кольца размещены по торцам втулки и сопряжены с ней по концентрическим сферическим поверхностям (Патент РФ №2056004, F16J 15/54, 1993 г.).
Недостатком данного гидравлического привода низкого трения с плавающим уплотнением штока является низкая нагрузочная способность и повышенное трение в торцевом стыке.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический привод низкого трения, содержащий корпус с закрепленными на его торце направляющей втулки и крышки с помощью винтов через фланец, плавающего кольца, установленном на штоке в направляющей втулке, при этом между торцом плавающего кольца со стороны высокого давления и боковой поверхностью направляющей втулки устанавливается осевой зазор, величина которого значительно больше радиального зазора между уплотняемой поверхностью штока и внутренней поверхностью плавающего кольца (Патент US №4406463, F16J 15/44, 1981 г.).
Известный гидравлический привод низкого трения с плавающим уплотнением штока имеет следующие недостатки:
- повышенные утечки масла;
- существует риск заклинивания;
- повышенное трение торцевого стыка;
- низкая нагрузочная способность.
Техническим результатом полезной модели является минимизация утечек рабочей жидкости через конструкционные уплотнения штока гидроцилиндра, уменьшение силы трения и увеличение нагрузочной способности уплотнения.
Поставленный технический результат решается за счет того, что в электрогидравлический привод низкого трения, содержащий цилиндрический корпус с каналами подвода-отвода рабочей жидкости, переднюю основную и вспомогательную и заднюю крышки с уплотнениями, поршень-шток, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом уплотнение в основной крышке выполнено в виде плавающего кольца, ограниченного от осевого перемещения, согласно полезной модели, ограничитель плавающего кольца со стороны вспомогательной крышки выполнен в виде шайбы с антифрикционным покрытием, а со стороны основной крышки в виде герметично установленного торцевого профилированного уплотнительного кольца.
Электрогидравлический привод низкого трения поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 представлен общий вид электрогидравлического привода;
- на фиг.2 представлен продольный разрез электрогидравлического привода в зоне расположения уплотнения штока;
- на фиг.3 показаны основные соотношения давления на уплотнение;
- на фиг.4 показаны основные соотношения давления на уплотнение, в соответствии с наиболее близким решением;
- на фиг.5 показана геометрия радиальной концентричной щели уплотнения с плавающим кольцом.
Электрогидравлический привод низкого трения содержит цилиндрический корпус 1 с каналами подвода-отвода рабочей жидкости и с закрепленными на его торцах передней основной крышкой 2 и задней крышкой 3 при помощи винтов 4 через фланцы 5, поршень 6 - шток 7, со встроенным измерителем 8 пути, установленный в цилиндрическом корпусе 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него, передней вспомогательной крышки 9 с уплотнениями 10 сопрягаемых поверхностей. В полость, образованную внутренней осевой расточкой передней основной крышки 2 и торцевой поверхностью 11 передней вспомогательной крышки 9, соосно штоку 7 установлено уплотнение в виде плавающего кольца 12, имеющее на внутренней поверхности кольцевые канавки 13, с образованием радиального кольцевого зазора 14 между ними, который связан с каналом 15 для отвода утечек, выполненный в передней вспомогательной крышке 9, и шайба 16 с антифрикционным покрытием. Торцевой зазор 17 между боковой поверхностью 18 плавающего кольца 12 и боковой поверхностью 19 передней основной крышки 2 уплотнен торцевым профилированным уплотнительным кольцом 20, установленным в открытой кольцевой канавке 21, сообщающейся с рабочей камерой 22 электрогидравлического привода через кольцевую выточку 23.
Электрогидравлический привод низкого трения работает следующим образом.
В процессе подачи масла от источника гидравлического давления по каналам подвода-отвода рабочей жидкости (на чертеже не показаны) в одну из рабочих камер гидроцилиндра шток 7 перемещает управляемый объект в заданном направлении. Масло из рабочей камеры 22, образованной внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1 и наружной поверхностью штока 7, через кольцевую выточку 23 попадает в открытую кольцевую канавку 21, где давление рабочей среды так деформирует уплотнительный элемент 24 торцевого профилированного уплотнительного кольца 20, что он прижимается к боковой поверхности 18 плавающего кольца 12. Резиновое предварительно напряженное кольцо 25 дополнительно прижимает уплотнительный элемент 24 к боковой поверхности 18. Уплотнительный элемент 24 торцевого профилированного уплотнительного кольца 20 состоит из материалов, которые сводят к минимуму трение на боковой поверхности 18 до такой степени, что гидравлическая центровка плавающего кольца 12 относительно штока 7 улучшается. Таким образом, беспрепятственное распространение давления в полость 26 невозможно, и вся жидкость направляется в радиальный кольцевой зазор 14, что приводит к постепенному снижению давления по всей длине плавающего кольца 12. На плавающее кольцо 12 в радиальном кольцевом зазоре 14 действует параболическая эпюра давления, показатель параболы которой определяется величиной радиального кольцевого зазора 14. Давление в радиальном кольцевом зазоре 14 вызывает силовые деформации уплотнительных поверхностей и приводит к получению конфузорной формы щели, при правильном подборе материала плавающего кольца 12, что увеличивает гидростатическую силу, центрирующую плавающее кольцо 12, так как влияние давления на радиальный кольцевой зазор 14 между уплотнительным кольцом 12 и штоком 7 со стороны высокого давления больше из-за отсутствия противодавления со стороны полости 26. Это ведет к меньшему радиальному кольцевому зазору 14 между плавающим кольцом 12 и штоком 7, так как в расчете радиального кольцевого зазора 14 не будет учитываться сжатие плавающего кольца 12, а соответственно и к уменьшению количества утечек, отводимых через канал 15. За счет этого исчезает необходимость в использовании уплотнения 10. В момент запуска электрогидравлического привода плавающее кольцо 12 автоматически центрируется относительно штока 7 гидроцилиндра, таким образом отсутствует контакт между уплотняемыми поверхностями, что приводит к уменьшению величины силы трения покоя. В случаях, когда плавающее кольцо 12 со штоком 7 образует радиальный концентричный зазор 27, в частности, в связи с влиянием гравитационных сил, плавающее кольцо 12 прижимается к боковой поверхности 11 передней вспомогательной крышки 9, при этом давление между внутренней поверхностью плавающего кольца 12 и наружной поверхностью штока 7 распределяется так, что центровка плавающего кольца 12 усложняется. Для того чтобы упростить этот процесс, между плавающим кольцом 12 и боковой поверхностью 11 вспомогательной крышки 9 устанавливается шайба 16 с антифрикционным покрытием. По мере приближения управляемого объекта к заданной координате сигнал рассогласования от встроенного измерителя 8 пути уменьшается. При обнулении сигнала электрогидравлический привод останавливается.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет за счет минимизации сил трения и увеличения несущей способности плавающего кольца обеспечить точность позиционирования электрогидравлического привода и увеличить его статическую жесткость.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении может найти применение в электрогидравлических приводах;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству и может быть классифицирован как объект интеллектуальной собственности «полезная модель».