ПЛУНЖЕРНЫЙ ГИДРОЦИЛИНДР
PLUNGER HYDRAULIC CYLINDER

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетике, металлургии, строительной, горнорудной отраслях промышленности для повышения срока службы плунжерного цилиндра, входящего в состав машин и механизмов, имеющих гидропривод.
Известен плунжерный гидроцилиндр [1, с. 36-37, 47-48; 2, с. 72-73, 82], используемый в приводах различных машин. Такой гидроцилиндр состоит из корпуса, в котором расположен шток (плунжер). На выходе плунжера из цилиндра расположены уплотнения, которые иногда выполняют роль направляющей втулки [2, с. 82].
Отмеченный тип гидроцилиндра имеет малый срок службы в связи с быстрым износом уплотнений и направляющих втулок. Продукты износа в процессе работы не удаляются из цилиндра и играют роль абразива, интенсивно изнашивающего плунжер и контактирующие с ним детали, кроме того, это положение значительно увеличивают потери на трение. Короткая длина направляющих втулок не позволяет гидроцилиндру воспринимать радиальные нагрузки. Для этой цели иногда внутри цилиндра устанавливают опорные ролики [2, с. 82]. При этом усложняется конструкция гидроцилиндра. Контролировать работу этих роликов и их состояние невозможно.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является плунжерный гидроцилиндр [3], содержащий корпус (цилиндр), плунжер, направляющую втулку, уплотнение, поджимную гайку, грязесъемник. Направляющая втулка выполнена из антифрикционного материала, например из бронзы. Наружная поверхность направляющей втулки выполнена в виде ступенчатого цилиндра с образованием бурта, который контактирует с торцом поджимной гайки с выполненной внутренней расточкой, в которой помещается часть направляющей втулки. Таким образом достигнуто увеличение длины направляющей втулки на 25-30% без увеличения осевых габаритов гидроцилиндра и повышен его срок службы.
Упрочняющих операций (обработок) для плунжера и направляющей втулки в данном гидроцилиндре не предусмотрено. В процессе возвратно-поступательного движения плунжера, особенно при наличии радиальных нагрузок, сырой стальной плунжер и бронзовая направляющая втулка за счет трения изнашиваются, образуя микрочастицы, которые находятся в зазоре между плунжером и направляющей втулкой и интенсифицируют процесс износа. Удаляться из зазора продукты износа не могут, так как они находятся в «тупике» и масло не промывает зазор, а только заполняет его (как во время рабочего, так и во время холостого хода плунжера).
Данный гидроцилиндр не может работать с высокими скоростями движения плунжера (порядка 2÷3 м/с и выше), так как имеет малое проходное сечение питающего отверстия и большие гидравлические потери, связанные с резкими перепадами диаметров питающего отверстия и цилиндра.
Задачей изобретения является увеличение срока службы плунжерного гидроцилиндра, обеспечение возможности его работы со скоростями выше 2÷3 м/с, удаление продуктов износа из гидроцилиндра во время его работы и снижение потерь на трение.
Поставленная задача достигается тем, что в плунжерном гидроцилиндре, имеющем в своем составе плунжер, цилиндр, на рабочей цилиндрической поверхности плунжера, изготовленного из конструкционной стали, выполнены кольцевые валики шириной 6÷12 мм из высокотвердого износостойкого мартенсита трения, отстоящие друг от друга на расстояние больше ширины валиков в 1,2÷1,5 раза, имеющие в поперечном сечении в средней части опорные цилиндрические поверхности и наклонные борта, расположенные по обе стороны опорных поверхностей, выход плунжера из цилиндра осуществлен через крышку, в которой выполнено сливное отверстие и поставлено манжетное уплотнение, с другой стороны гидроцилиндр примыкает к корпусу, имеющему два входных патрубка диаметром, равным половине диаметра гидроцилиндра, рабочая поверхность гидроцилиндра закалена Т.В.Ч.
На фиг. 1 представлено поперечное сечение плунжерного гидроцилиндра;
на фиг. 2 - вид сверху плунжерного гидроцилиндра, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3 - узел А на фиг. 1.
Плунжерный гидроцилиндр содержит цилиндр, состоящий из корпуса 1, имеющего два входных патрубка 2, двух рабочих корпусов 3 и 4, имеющих на внутренней поверхности закаленный Т.В.Ч. слой 5, крышки 6, в которой выполнено сливное отверстие 7, установлено манжетное уплотнение 8, и через которую осуществлен выход из цилиндра плунжера 9, выполненного из конструкционной стали и снабженного кольцевыми мартенситными валиками 10, имеющими опорные поверхности «С» и наклонные борта 11. Диаметры входных патрубков 2 корпуса 1, примыкающего к гидроцилиндру с другой стороны, равны половине диаметра гидроцилиндра для исключения резких перепадов диаметров патрубков и рабочего корпуса 3.
Плунжерный гидроцилиндр работает следующим образом. Рабочий ход плунжера 9 совершается под действием жидкости (масла) под давлением, подающейся через патрубки 2 корпуса 1 в рабочий корпус 3. Плунжер 9 перемещается до упора в ограничитель, установленный вне гидроцилиндра (на фиг. 1 не показан). Обратный ход плунжера 9 осуществляется под воздействием внешней нагрузки.
Благодаря двум патрубкам 2 корпуса 1 большого сечения, каждый из которых непосредственно соединен с распределителем гидросистемы, отсутствию резких перепадов диаметров патрубков 2 и рабочего корпуса 3 скорость плунжера 9 достигает 6÷8 м/с, что необходимо для создания машин с ударными нагрузками, например, в разрабатываемых перспективных щековых дробилках с гидроприводом [5, с. 46-49]. Угол α на фиг. 1 меняется, в зависимости от компоновки машины, которую приводит в движение плунжерный гидроцилиндр, от 90° до 180°.
Уплотнение плунжера 9 в рабочих цилиндрах 3 и 4 достигнуто за счет выпуклых кольцевых валиков 10 (фиг. 1 и 3) из структурно преобразованного металла плунжера 9 (мартенсита трения) [4] с высокой твердостью и износостойкостью, которые образуют между собой масляные карманы, а своими наклонными бортами 11 (фиг. 3) создают, при скоростях плунжера 9 выше 2÷3 м/с, совместно с закаленным Т.В.Ч. слоем 5 цилиндров 3 и 4, масляные клинья и гидродинамические силы поддержания плунжера 9. Валики разбиты на две группы по 3-5 валиков в каждой.
ц
o
В случаях снижения скоростей движения плунжера 9 ниже 2÷3 м/с, когда не обеспечивается жидкостное, а существует полусухое трение, контакт между валиками плунжера 9 и закаленным слоем 5 рабочих цилиндров 3 и 4 происходит по опорным поверхностям «С» (фиг. 3), имеющим высокую износостойкость в этих условиях. Ширина валиков h (фиг. 3), в зависимости от диаметра гидроцилиндра D (фиг. 3) и его длины, выполняется от 6 до 12 мм, что позволяет создавать плунжерные гидроцилиндры с оптимальной опорной поверхностью для работы с полусухим трением. Поверхности «С» подвергнуты шлифовке. Продукты износа валиков 11 и слоя 5, закаленного Т.В.Ч., представляют частицы размером в несколько микрон, которые вымываются из зазора между диаметром D вершин валиков и диаметром  рабочих цилиндров 3 и 4 (фиг. 3) маслом, составляющим утечки, не превышающие 1-2% от расхода плунжерного гидроцилиндра, во время работы и уносятся через отверстие 7 в бак гидросистемы (после соответствующей очистки). Коэффициент трения между поверхностями из мартенсита трения и закаленными Т.В.Ч. в два раза меньше, чем между двумя стальными деталями при обычной закалке.
Таким образом достигается поставленная цель изобретения.
Литература
1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 512 с., ил.
2. Иоффе A.M. и др. Гидравлическое оборудование металлургических заводов / A.M. Иоффе, О.Н. Кукушкин, Ф.А. Наумчук, Е.К. Левчук, В.А. Сергиени. - М.: Металлургия, 1989. - 248 с.
3. Патент РФ 2406885. Приоритет 16.02.2009.
4. Патент РФ 2466002. Приоритет 01.06.2011.
5. Клушанцев Б.В. и др. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации / Б.В. Клушанцев, А.И. Косарев, Ю.А. Муйземнек. - М.: Машиностроение, 1990. - 320 с., ил.