Силовой гидроцилиндр с механической фиксацией штока
POWER HYDROCYLINDER WITH MECHANICAL FIXATION OF THE STOCK

Изобретение относится к области машиностроения и касается создания рулевых, подъемных и станочных устройств с гидроцилиндрами.
Известны силовые гидроцилиндры с механической фиксацией штока в его крайних положениях. Они содержат корпус с крышками, внутри которого с образованием рабочих полостей с каналами подвода жидкости установлен поршень со штоком, и механизм фиксации штока в корпусе, содержащий соединяющие шток с корпусом фиксаторы и перемещающий их управляющий гидроцилиндр с подпружиненным поршнем и каналами подвода жидкости из рабочих полостей силового гидроцилиндра (RU №№2278304, 2458817).
Их общий недостаток - невозможность фиксации штока в средних положениях его хода из-за недопустимости выполнения стопорных канавок под фиксаторы на зеркале гидроцилиндра, ометаемом уплотнениями поршня. Другим недостатком известных гидроцилиндров является сложность конструкции, требующая установки для каждого фиксированного положения штока своего отдельного механизма фиксации.
Известен силовой гидроцилиндр, выбранный в качестве прототипа, который позволяет фиксировать шток в нескольких положениях на протяжении всего хода штока. Это достигается тем, что управляющий гидроцилиндр имеет отдельную от силового цилиндра линию подачи жидкости со своей распределительной гидроаппаратурой, а канавки под фиксаторы выполнены в расточке штока, в которой расположена корпусная втулка с цанговыми фиксирующими выступами и распирающий их конус на конце штока управляющего гидроцилиндра (Шумилов И.С. «Системы управления рулями самолетов», стр. 260, рис. 5.32 авт., издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 г.).
Недостатками данного прототипа являются:
- невозможность осуществлять фиксацию штока силового гидроцилиндра автоматически при снижении давления жидкости в его рабочих полостях без дополнительной распределительной гидроаппаратуры и трубопроводов;
- невысокие допустимые нагрузки на шток силового гидроцилиндра в фиксированном положении из-за ограниченности места размещения сильно нагруженной корпусной втулки с малогабаритными цанговыми фиксирующими выступами внутри расточки штока, вместо более крупных и прочных шариковых фиксаторов.
- сложность и трудоемкость изготовления управляющего цилиндра с передачей усилия возвратной пружины на поршень через систему штырей.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание эффективного гидроцилиндра с фиксацией штока при устранении вышеперечисленных недостатков прототипа.
Техническими результатами, получаемыми при реализации данного изобретения, являются:
- обеспечение автоматической фиксации штока силового гидроцилиндра при снижении давления его питания в заданных местах хода, где в крышке предусмотрены углубления под фиксаторы, без дополнительных систем управления;
- повышение допустимой нагрузки на зафиксированный шток;
- упрощение конструкции и снижение трудоемкости ее изготовления.
Сущность изобретения состоит в том, что в гидроцилиндре, содержащем корпус с крышками, внутри которого с образованием рабочих полостей установлен поршень со штоком, размещены уплотнения рабочих полостей, взаимодействующие со штоком, и выполнены каналы подвода жидкости, а также механизм фиксации штока относительно корпуса, выполненный с фиксаторами, установленными в радиальных отверстиях штока с возможностью выдвижения в углубления крышки корпуса, расположенные вдоль штока, выполненного с осевым каналом, в котором размещен подпружиненный с одной стороны стержень механизма фиксации, имеющий канавку для воздействия ее краями на фиксаторы при их выдвижении в углубления крышки и снабженный со стороны, противоположной пружине, торцевым толкателем, выполненным с двумя камерами управления, подключенными к разным рабочим полостям гидроцилиндра.
В частных случаях реализации торцевой толкатель механизма фиксации выполнен в виде двух последовательно установленных плунжеров с камерами управления на их торцах, подключенных к разным рабочим полостям гидроцилиндра. При этом плунжеры выполнены одинакового диаметра.
В иных частных случаях реализации торцевой толкатель механизма фиксации выполнен в виде ступенчатого плунжера, установленного с образованием торцевой и кольцевой камер управления.
Предпочтительно, углубления расположены в крышке за пределами уплотнения рабочих полостей.
Кроме того, стержень механизма фиксации снабжен ограничителем хода в осевом канале штока, в котором закреплена пробка, на которую оперта пружина стержня механизма фиксации, которая может быть выполнена из проволоки прямоугольного сечения.
На фиг. 1 изображена конструктивная схема гидроцилиндра с механической фиксацией штока, в котором толкатель механизма фиксации выполнен в виде двух последовательно установленных плунжеров.
На фиг. 2 изображен торцевой толкатель в случае его реализации в виде ступенчатого плунжера.
На фиг. 3 изображена зона размещения возвратной пружины из проволоки прямоугольного сечения.
Силовой гидроцилиндр содержит корпус 1 с крышками 2, внутри которого с образованием рабочих полостей 3, 4 установлен поршень 7 с двухсторонним штоком 8, размещены уплотнения 24 рабочих полостей 3, 4, взаимодействующие со штоком 8, и выполнены каналы 5, 6 подвода жидкости, а также механизм фиксации штока 8 относительно корпуса 1, выполненный со сферическими фиксаторами 9, установленными в радиальных отверстиях 10 штока 8 с возможностью выдвижения в углубления (стопорные выемки) 11 правой (по чертежу) крышки 2 корпуса 1, расположенные вдоль штока 8, выполненного с осевым каналом (внутренней расточкой), в котором размещен подпружиненный с одной стороны стержень 12 механизма 13 фиксации, имеющий канавку 20 для воздействия ее краями на фиксаторы 9 при их выдвижении в углубления 11 крышки 2 и снабженный со стороны, противоположной возвратной пружине 21, торцевым толкателем, выполненным с двумя камерами 18, 19 управления, подключенными каналами 16, 17 к разным рабочим полостям 3, 4 корпуса 1 гидроцилиндра.
На фиг. 1 торцевой толкатель механизма 13 фиксации выполнен в виде двух последовательно свободно установленных в осевом канале штока 8 наружного и внутреннего плунжеров 14, 15, соответственно, с камерами 18, 19 управления на их торцах, подключенных к разным рабочим полостям 3, 4 корпуса 1 гидроцилиндра. Плунжеры 14, 15 в этом случае выполнены одинакового диаметра.
На фиг. 2 торцевой толкатель механизма 13 фиксации выполнен в виде свободно установленного в осевом канале штока 8 ступенчатого плунжера с наружной и внутренней частями 14, 15, соответственно, разного диаметра, с образованием торцевой камеры 18 и кольцевой камеры 19 управления.
Стопорные углубления расположены в выполненной удлиненной крышке 2 вне уплотненной зоны полостей 3, 4, т.е. за пределами уплотнения 24 рабочих полостей 3, 4 корпуса 1.
Углубления 11 крышки 2 корпуса 1 и канавка 20 стержня 12 механизма 13 фиксации выполнены с наклонными краями.
Стержень 12 механизма 13 фиксации снабжен ограничителем 23 хода в осевом канале штока 8, в котором закреплена пробка 22, на которую оперта возвратная пружина 21 стержня 12 механизма 13 фиксации.
Пружина 21 стержня 12 механизма 13 фиксации выполнена из проволоки прямоугольного сечения на фиг. 3.
Силовой гидроцилиндр 1 с механической фиксацией штока, приведенный на фиг.1, работает следующим образом.
При подаче жидкости в любой из каналов 5 или 6 она из рабочих полостей 3 или 4 по каналам 16 или 17 поступает в камеры 18 или 19 плунжеров 15 или 14 и, преодолевая усилие возвратной пружины 21, перемещает стержень 12 вправо по чертежу. При этом конец стержня 12 с канавкой 20 и ограничителем 23 хода смещается до упора в пробку 22, а под фиксаторы 9 попадает углубление 20 стержня 12, и фиксаторы 9 смещаются в эту канавку 20, освобождая шток 8.
Наличие двух плунжеров 14 и 15 поршня и камер 18, 19 с подводом давления жидкости от разных полостей 3 и 4 корпуса 1 силового гидроцилиндра обеспечивает отключение фиксации штока 8 при наличии давления жидкости хотя бы в одной из рабочих полостей 3 или 4.
Давление жидкости, при котором происходит отключение и включение фиксации штока 8, определяется и устанавливается соотношением площадей плунжеров 14 и 15, камер 18, 19 и усилия предварительного натяга пружины 21. Снижение давление в камере 18 или 19 ниже заданного приводит к тому, что под действием силы пружины 21 фиксаторы 9 начинают выдавливаться краем канавки 20 из отверстий 10 наружу, и при попадании в углубления 11 удлиненной части крышки 2 фиксируют шток 8 в крышке 2.
Особенностью конструкции фиг. 1 с равными по диаметру плунжерами 14 и 15 является то, что при реверсе перепада давления жидкости в рабочих полостях 3 и 4 корпуса 1 силового гидроцилиндра, внешний плунжер 15 перемещается на величину хода стержня 12, вызывая непостоянство объемов рабочих полостей 3 и 4 с присоединенным объемом камеры 18 или 19 и связанное с этим снижение точности позиционирования штока 8 в корпусе 1 силового гидроцилиндра в режиме отключенного механизма 13 фиксации.
В случае применения в конструкции ступенчатого плунжера с наружной и внутренней частями 14, 15, соответственно, разного диаметра, установленного с образованием торцевой камеры 18 и кольцевой камеры 19 управления, как это изображено на фиг. 2, после расфиксации штока 8 движение частей 14 и 15 толкатели стержня 12 отсутствуют и точность позиционирования штока 8 силового гидроцилиндра 1 не ухудшается. Поэтому этот усложненный вариант конструкции толкателя целесообразно применять в случае жестких требований к точности позиционирования штока 8 силового гидроцилиндра 1 или необходимости обеспечения повышенного ресурса работы, когда на него может повлиять износ наружной части 15 толкателя.
Размещение стержня 12 с толкателем (14, 15) внутри штока 8 силового гидроцилиндра 1, а фиксаторов 9 штока 8 в радиальных отверстиях 10 штока 8 силового гидроцилиндра 1 в зоне, обозначенной Z на фиг. 1, не входящей под уплотнения 24 между штоком 8 и крышкой 2, в удлиненной части которой расположены стопорные углубления 11 для фиксаторов 9, обеспечивает конструкции высокие допустимые нагрузки в режиме механического стопорения, так как соединяемые фиксаторами 9 удлиненная часть крышки 2 и шток 8 в зоне расположения фиксаторов 9 могут быть выполнены с необходимой толщиной, не ограниченной внутренней расточной штока 8. Одновременно упрощается конструкция и снижается трудоемкость ее изготовления, благодаря сокращению числа деталей и упрощения их формы. Выполнение возвратной пружины 21 стержня 12 управляющего гидроцилиндра из проволоки прямоугольного сечения, как изображено на фиг. 3, также упрощает конструкцию за счет возможности одновременного выполнения ей функции ограничения хода стержня 12 без использования упора 23 на стержне 12. Такая пружина 21 при сжатии до посадки виток на виток превращается в жесткую втулку со стабильной длиной.
Таким образом, предложенная конструкция силового гидроцилиндра с механической фиксацией штока 8 благодаря применению толкателя из двух частей 14 и 15 и раздельного подвода жидкости из рабочих полостей 3 и 4 силового гидроцилиндра к этим частям в камеры 18, 19 обеспечивает автоматическую фиксацию штока 8 в корпусе 1 силового гидроцилиндра при снижении давления жидкости в этих полостях 3, 4 без дополнительных систем управления процессом фиксации.
Размещение фиксаторов 9 штока 8 в радиальных отверстиях 10 штока 8 силового гидроцилиндра в зоне Z, не ометаемой уплотнениями 24 между крышкой 2 и штоком 8, а стопорных углублений 11 фиксаторов 9 в удлиненной части крышки 2 корпуса 1 силового гидроцилиндра дает возможность повысить максимальные силы фиксации штока 8, упрощает конструкцию силового гидроцилиндра в целом, снижает его габариты и трудоемкость изготовления.