Фрикционный захват штока силового цилиндра
FRICTION GRIP OF THE POWER CYLINDER ROD

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в силовых гидравлических цилиндрах, например в домкратах, для длительной фиксации штока в произвольном положении.
Известен фрикционный захват штока гидравлического цилиндра по авторскому свидетельству №262355 (МПК B66F 3/36, опубл. 26.01.1970), включающий в себя пакет конусных зажимных элементов, охватывающих шток, и подпружиненный поршень, воздействующий на зажимные элементы, при этом зажимные элементы выполнены в виде кулачков с пазами, в которых помещены шарики, заклинивающиеся в конусном гнезде обоймы, а с противоположной стороны кулачков расположен плавающий поршень, обеспечивающий растормаживание штока.
Недостатком такого технического решения является то, что зажимные элементы обхватывают непосредственно шток, на котором могут быть остатки рабочей жидкости, что снижает эффективность работы захвата за счет непрогнозируемого изменения коэффициента трения, кроме того, может быть повреждена поверхность штока.
Известен фрикционный захват штока гидравлического цилиндра по авторскому свидетельству №457663 (МПК B66F 3/24, опубл. 25.01.1976), содержащий корпус, источник рабочей среды под давлением, гидрокамеру и охватывающий шток фиксирующий элемент, выполненный в виде покрытого с внутренней стороны фрикционным материалом цилиндра. Цилиндр выполнен разрезным по всей длине и снабжен разделенным на секторы фланцем, а в полости гидрокамеры размещен спиральный пустотелый гибкий элемент овальной формы, сообщающийся с источником рабочей среды под давлением.
Недостатком предложенного решения является то, что при нарушении герметичности гибкого элемента или отсутствии давления рабочей среды в цилиндре фиксация штока становится невозможной.
Известен фрикционный захват штока силового цилиндра по авторскому свидетельству №882913 (МПК B66F 3/24, опубл. 23.11.1981), содержащий разрезную цилиндрическую втулку, охватывающую шток, и упругий элемент, обжимающий разрезную втулку. Захват снабжен управляющим силовым цилиндром, а упругий элемент выполнен в виде металлической скобы, в которой закреплена разрезная цилиндрическая втулка, причем управляющий силовой цилиндр установлен между концами скобы.
Недостатком решения является невозможность использования его в едином корпусе с гидравлическим цилиндром. Также при захвате штока таким устройством возможно повреждение покрытия штока, приводящее к нарушению в функционировании гидравлического цилиндра из-за утечек гидравлической жидкости. Кроме того, для работы устройства требуется отдельная гидросистема, что приводит к усложнению конструкции.
Известен фрикционный захват штока силового цилиндра по авторскому свидетельству №713824 (МПК B66F 3/24, опубл. 05.02.1980), содержащий установленные в корпусе фиксирующий элемент, выполненный в виде покрытой с внутренней стороны фрикционным материалом втулки, охватывающей шток, и упругую оболочку, расположенную между внутренней поверхностью корпуса и втулкой, при этом втулка выполнена из секторов, а по торцам секторов и между ними расположены прокладки из упругого материала.
Недостатком такого решения является зависимость усилия поджатой оболочки, охватывающей втулку, от давления рабочей жидкости, так как давление не является неизменным и при его понижении возможно проскальзывание штока. Кроме того, втулка обхватывает непосредственно фиксируемый шток, поверхность которого контактирует с рабочей жидкостью, соответственно, коэффициент трения снижается.
В качестве прототипа выбран фрикционный захват штока гидравлического силового цилиндра по авторскому свидетельству №159010 (МПК B66F, опубл. 22.11.1963). Указанный захват размещен в едином корпусе с гидравлическим цилиндром и включает в себя сжатый тарельчатыми пружинами пакет попеременно расположенных конусных разрезных и неразрезных колец, охватывающих шток. Пакет конусных колец сжат пружиной, усилие которой направлено вдоль оси штока. Под действием пружины разрезные кольца прижимаются к штоку, затормаживая его. Между пакетом колец и пружинами помещен поршень, отжимающий пружины под действием давления рабочей жидкости, растормаживая шток.
Недостатком прототипа является то, что конусные кольца обхватывают и непосредственно воздействуют на наружную поверхность штока, которая изготавливается с высокой чистотой обработки. В результате такого воздействия при приложении осевого усилия растяжения или сжатия на внешней поверхности штока гидравлического цилиндра могут образовываться задиры, что приводит к нарушению герметичности штоковой полости и, соответственно, к непрогнозируемому снижению фрикционных свойств захвата. Кроме того, в прототипе не обеспечивается сухое трение - конусные кольца расположены в полости гидравлического цилиндра, которая в процессе функционирования захвата заполняется гидравлической жидкостью. Это также приводит к непрогнозируемому снижению фрикционных свойств захвата, что снижает надежность устройства.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке фрикционного захвата штока силового гидравлического цилиндра, расположенного в едином корпусе с цилиндром и обеспечивающего длительную фиксацию штока в произвольном положении при действии осевого сжимающего или растягивающего усилия на шток до 200 кН при отсутствии давления в гидросистеме и полостях гидравлического цилиндра.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности фрикционного захвата штока.
Сущность технического решения заключается в том, что фрикционный захват штока силового цилиндра включает в себя пружину, цанговый зажим в виде разрезных колец и поджимного кольца, поршень, при этом фрикционный захват штока собран в полости фиксируемого штока на неподвижной штанге, одним концом соединенной со штуцером подвода рабочей жидкости в поршневую полость, образованную штуцером, крышкой захвата, закрепленной на штанге, и корпусом захвата, при этом захват содержит уплотнительные кольца на поршне, ограничительную обойму с размещенной внутри пружиной, обеспечивающую фиксацию разрезных колец в осевом направлении, и закрепленный на штуцере направляющий элемент, а цанговый зажим выполнен с возможностью перемещения на штуцере под воздействием поршня для расфиксации штока при подаче рабочей жидкости в поршневую полость, и с возможностью перемещения под воздействием пружины для фиксации штока за его внутреннюю поверхность при снижении давления в поршневой полости.
Внутренняя поверхность фиксируемого штока всегда сухая, и к ней не предъявляются требования по высокой чистоте обработки. Конструктивная шероховатость и отсутствие рабочей жидкости на поверхности обеспечивают высокий коэффициент трения между контактирующими поверхностями разрезных колец в составе цангового зажима и внутренней поверхностью фиксируемого штока. При этом на наружную поверхность штока воздействие не осуществляется, а также исключено влияние давления рабочей жидкости в полости силового гидравлического цилиндра на усилие поджатия цангового зажима. Таким образом, достигается повышение надежности фрикционного захвата штока.
Сущность изобретения поясняется на чертежах.
На фиг. 1 представлен фрикционный захват штока в составе силового гидравлического цилиндра (положение захвата «зафиксировано»).
На фиг. 2 представлен фрикционный захват штока в составе силового гидравлического цилиндра (положение захвата «расфиксировано»).
На фиг. 3 представлен силовой гидравлический цилиндр, где шток зафиксирован в промежуточном положении.
Фрикционный захват штока изображен в составе гидравлического силового цилиндра (фиг. 1), который включает в себя корпус цилиндра 1 и шток 2, который требуется зафиксировать. В полости фиксируемого штока 2 расположена штанга 3, жестко связанная с корпусом цилиндра 1 в верхней части гидравлического силового цилиндра (на фиг. 1 не показано). Фрикционный захват штока собран на штанге 3 и состоит из крышки 4, корпуса 5, штуцера 6, поршня 7, цангового зажима в составе разрезных колец 8 и поджимного кольца 9, пакета тарельчатых пружин 10 в ограничительной обойме 11, направляющего элемента 12, уплотнительных колец 13 и металлических втулок 14, расположенных на поршне, и металлической втулки 15, расположенных на направляющем элементе 12. Втулки могут быть выполнены из различных металлов, например, из бронзы.
Силовым элементом, обеспечивающим сборку захвата, является крышка 4, соединенная посредством резьбы со штангой 3. Также в штангу 3 ввинчен штуцер 6, и выполнено сквозное отверстие 16 для подачи рабочей жидкости в поршневую полость фрикционного захвата, образованную крышкой 4, корпусом 5 и штуцером 6. На поршне расположены уплотнительные кольца 13, обеспечивающие герметизацию полости и препятствующие попаданию рабочей жидкости на поверхности цангового зажима. Уплотнительные кольца могут быть выполнены из различных материалов, например, фторопласта. Расположенные на поршне 7 металлические втулки 14 обеспечивают плавность перемещения поршня 7. Ограничительная обойма 11, в которой расположен пакет тарельчатых пружин 10, фиксируется в радиальном направлении штоком 2, в осевом - направляющим элементом 12, и обеспечивает фиксацию в осевом направлении разрезных колец 8 цангового зажима. Направляющий элемент 12 может быть выполнен в виде гайки. Между направляющим элементом 12 и фиксируемым штоком 2 размещены металлические втулки 15 для обеспечения скольжения фиксируемого штока 2.
На фиг. 2 изображен фрикционный захват штока в составе силового гидравлического цилиндра в положении «расфиксировано». Направление течения жидкости через штуцер 6 показано стрелкой.
На фиг. 3 представлен гидравлический силовой цилиндр (домкрат), где шток зафиксирован в промежуточном положении. Показан штуцер 18, через который подается рабочая жидкость для снятия фиксации, штуцер 19, через который подается жидкость в поршневую полость домкрата для опускания домкрата, и штуцер 20, через который рабочая жидкость выходит из штоковой полости. Направление жидкости показано стрелками.
Фрикционный захват штока работает следующим образом: в любом произвольном положении шток 2 жестко зафиксирован относительно корпуса 1 и штанги 3 цанговым зажимом (разрезными кольцами 8 и поджимным кольцом 9) за внутреннюю поверхность. При этом, давление в гидравлической системе цилиндра может отсутствовать, а на шток 2 через шаровую опору может действовать осевая нагрузка до 200 кН. Усилие расклинивания цангового зажима, обеспечивающее фиксацию штока 2, создается пакетом тарельчатых пружин 10, которые воздействуют на поджимное кольцо 9, расклинивающее разрезные кольца 8 и поджимающее их к внутренней поверхности штока.
Для снятия фиксации через сквозное отверстие 16 в поршневую полость 17 фрикционного захвата подается рабочая жидкость (на фиг. 2 направление течения жидкости показано стрелкой), обеспечивая перемещение поршня 7 вниз. Перемещаясь, поршень 7 воздействует на поджимное кольцо 9, которое, в свою очередь, сжимает пакет тарельчатых пружин 10, выводя из зацепления с внутренней поверхностью штока 2 разрезные кольца 8. Таким образом, обеспечивается свободное перемещение штока 2 под действием давления рабочей жидкости, подаваемой в поршневую полость силового цилиндра через штуцер 19 для опускания домкрата. Рабочая жидкость из штоковой полости выходит через штуцер 20, как показано на фиг. 3.
В результате использования предложенной конструкции обеспечивается надежная фиксация штока силового гидравлического цилиндра, например, домкрата, в произвольном положении на длительное время (до нескольких суток), вне зависимости от давления рабочей жидкости в полости силового гидравлического цилиндра. Предлагаемый захват обеспечивает фиксацию штока цилиндра при действии осевого сжимающего или растягивающего усилия до 200 кН.
Коэффициент трения разрезных колец в составе цангового зажима о внутреннюю поверхность фиксируемого штока цилиндра постоянен и зависит от усилия поджатия пакета тарельчатых пружин, так как внутренняя поверхность фиксируемого штока всегда сухая. Это позволяет адаптировать конструкцию захвата под различные удерживаемые нагрузки.