ПОРШЕНЬ

Полезная модель относится к области уплотнительной техники и может быть использована для создания надежного уплотнения кинематических пар поршень-цилиндр, где имеется перепад давлений, в частности в двигателях и насосах.
Задача создания надежного уплотнения между поршнем и цилиндром в современном машиностроении решается различными путями. Известно, например, уплотнение поршневой машины, содержащее цилиндр, поршень с двумя кольцевыми компрессионными элементами, размещенными один под другим в одной канавке поршня, на дне которой выполнена выточка, причем в последней установлен по меньшей мере один пластинчатый промежуточный элемент, в котором пластинчатый промежуточный элемент выполнен с наружной рабочей поверхностью, контактирующей со стенкой цилиндра (патент RU №203123, кл. F 02 F 5/00, F 16 J 9/00, опубл. 20.03.95 г., бюл. №8).
Недостатком данного уплотнения является то, что использование относительно тонкого пластинчатого промежуточного элемента, контактирующего со стенкой цилиндра, позволяет повысить эффективность уплотнения по замкам компрессионных кольцевых элементов и по закольцевому пространству, но не решает задачу повышения эффективности уплотнения между цилиндром и поршнем вследствие быстрого износа тонкого пластинчатого элемента.
Известно также уплотнение цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания, содержащее уплотнительный элемент, выполненный в виде многовитковой пружины прямоугольного сечения из антифрикционного материала, размещенный в канавке поршня с предварительным натягом, причем канавка поршня в поперечном сечении выполнена по форме ласточкина хвоста, наружные поверхности крайних, свободных витков
пружины выполнены коническими и сопряжены с соответствующими боковыми поверхностями канавки поршня, при этом сопрягаемые конические поверхности уплотнительного элемента и канавки поршня выполнены эквидистантными (патент RU №2076227, кл. F 02 F 5/00, F 16 J 9/04, опубл. 27.03.97, бюл. №9).
Недостатком известного уплотнения является сложность его изготовления.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является поршневое уплотнение, содержащее размещенный в цилиндре поршень с кольцевой проточкой на боковой поверхности, в которой установлено не менее двух поршневых колец, при этом поршневое уплотнение снабжено дополнительными кольцами и гибкими прокладками, дополнительные кольца выполнены меньшего наружного диаметра, чем поршневые кольца, и установлены между последними с образованием кольцевой канавки, в которой без зазора относительно цилиндра и с зазором относительно дополнительного кольца установлена гибкая прокладка, причем поршневые кольца и дополнительные кольца установлены в проточке поршня герметично, а на торцевых поверхностях поршневых колец, обращенных к гибкой прокладке, выполнены лабиринтные канавки (патент РФ №2052696, кл. F 16 J 9/00, опубл. 20.01.96 г., бюл. №2).
Недостатком данного поршневого уплотнения является его сложность. Кроме того, наличие двух гибких прокладок снижает надежность и долговечность уплотнения вследствие возможности износа торцевых поверхностей указанных прокладок в процессе работы, что приведет к появлению шума.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и повышение надежности и долговечности поршневого уплотнения.
Поставленная задача решается в предлагаемой полезной модели за счет того, что поршень, содержащий на боковой поверхности не менее
двух кольцевых канавок с размещенным в них уплотнительным кольцом, при этом канавки выполнены, например, прямоугольного сечения, а уплот-нительное кольцо выполнено сплошным и герметично соединено с поршнем таким образом, что уплотнительное кольцо и поршень образуют неразъемное соединение, причем поверхность кольца, контактирующая с поверхностью канавок, повторяет форму последних, при этом поверхность кольца, контактирующая с поверхностью цилиндра, выполнена криволинейной, например, в виде части дуги окружности, с максимальным утолщением в средней части.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображен поршень в разрезе.
Поршень 1 снабжен двумя или несколькими кольцевыми канавками 2, которые могут иметь различный профиль, например, прямоугольный. В канавках 2 на боковой поверхности поршня закреплено уплотнительное кольцо 3, форма внутренней стороны которого повторяет форму канавок. Наружная поверхность уплотнительного кольца 3 выполнена криволинейной и взаимодействует своей средней частью, где толщина кольца 3 максимальная, с внутренней поверхностью цилиндра (на чертеже не показан). Такое решение позволяет увеличить поверхность контакта и прочность соединения между поршнем и уплотнительным кольцом, а выполнение соединения кольца 3 с поршнем 1 герметичным и неразъемным позволяет увеличить механическую прочность конструкции, ее долговечность и устранить возможность образования люфта в соединении кольца с поршнем и появления шума. Уплотнительное кольцо выполняется, например, заливкой или наваркой.
Уплотнительное кольцо выполнено сплошным из материала с низким коэффициентом трения и установлено на поршне с использованием наварки или заливки таким образом, что поршень и кольцо образуют неразъемное
соединение. В случае износа уплотнительного кольца производится замена поршня с установленным на нем кольцом.
Поршень работает следующим образом. В начале работы благодаря тому, что кольцо 3 контактирует с поверхностью цилиндра только своей средней, утолщенной частью, усилие страгивания оказывается значительно меньшим, чем у поршня с цилиндрической наружной поверхностью кольца. При возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре рабочая среда оказывает давление на скошенные края кольца, при этом возникает усилие, вектор которого направлен перпендикулярно поверхности кольца, т.е. возникает усилие прижима, которое дополнительно уплотняет соединение поршня с кольцом, препятствуя проникновению рабочей среды в пространство между кольцом и поршнем. Поскольку уплотнительное кольцо 3 выполнено из материала, обладающего определенной эластичностью, это усилие прижима, деформируя кольцо 3, создает дополнительное усилие, вектор которого в средней части кольца направлен перпендикулярно поверхности цилиндра, т.е. создается дополнительное усилие, прижимающее среднюю часть кольца 3 к поверхности цилиндра, что улучшает герметичность всей конструкции.
Предлагаемое поршневое уплотнение обеспечивает снижение шума от работы цилиндро-поршневой группы, повышает надежность и долговечность уплотнения, облегчает ремонт.