УПЛОТНЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО И ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ЦИЛИНДРА ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
SEAL OF HYDRAULIC AND PNEUMATIC DOUBLE-ACTING CYLINDER

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для уплотнения гидравлических или пневматических приводов прямолинейного поступательного перемещения.
Из общего уровня развития техники известно, что уплотнение гидравлических или пневматических цилиндров осуществляется при помощи уплотнительных колец и манжет. В литературе [Свешников В.К., Усов А.Л. Станочные приводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - с.220-331] приведены сведения о применяемых в гидро- и пневмоцилиндрах уплотнениях. Например, резиновые кольца устанавливаются между передней крышкой и гильзой, задней крышкой и гильзой. Манжеты устанавливаются в канавке поршня. Также манжеты устанавливаются в канавки передней крышки для уплотнения штока. Уплотняющий эффект достигается за счет плотного прилегания резиновых манжет или колец к стенкам гильзы, штоку и к канавкам, в которые они устанавливаются. Такое плотное прилегание достигается за счет натяга в соединении манжеты или кольца с деталями цилиндров за счет эластичности материала манжет и колец. При применении резиновых манжет уплотняющий эффект повышается за счет того, что давление рабочей среды прижимает манжету к уплотняемым деталям. Для повышения герметичности уплотнений совместно с манжетами и кольцами применяются защитные кольца, распорные втулки и другие элементы.
В существующих гидроцилиндрах масло остается на поверхности штока в виде тонкой пленки и вместе с ним попадает за пределы гидроцилиндра при выдвигании штока и перетекает через зазор между поршнем и корпусом цилиндра. Но таким образом при каждом ходе штока небольшое количество рабочей среды попадает в окружающую среду, то есть происходит его утечка. При движении поршня и при его фиксации с давлением в одной из камер происходит переток рабочей среди из одной полости в другую, что не обеспечивает стабильность положения штока во времени.
В устройстве по патенту [Патент RU 2208717, кл. F15В 15/14, 2003] предлагается пневмоцилиндр, содержащий гильзу, поршень, разделяющий его внутренний объем с образованием штоковой полости, шток, крышку заднюю, крышку переднюю с расточкой с размещенным в ней распорным резиновым кольцом, поджимающую к поверхности штока манжету Г-образного сечения с низким коэффициентом трения, при этом расточка передней крышки выполнена в виде усеченного конуса, примыкающего своим большим расстоянием к штоковой полости, причем манжета Г-образного сечения контактирует опорной частью с выполненным в ней радиальным каналом с большим основанием усеченного конуса, а на внутренней поверхности уплотнительного лепестка манжеты в зоне уплотнительной кромки выполнена кольцевая проточка.
В данном изобретении, взятом за прототип, уплотняющий эффект манжеты повышается вследствие более плотного ее прилегания к поверхности штока за счет давления воздуха, воздействующего на опорную поверхность манжеты через радиальный канал, и за счет кольцевой проточки, выполненной на уплотняющем лепестке манжеты.
В устройстве по патенту [Патент RU 2304737, кл. F15J 15/52, 2007] предлагается уплотнение гидро- или пневматического цилиндра, содержащего уплотнительную камеру, выполненную в виде трубки с расширением с одной стороны, устанавливаемой в канавки подвижного штока и передней крышки, зацепляемой в местах соединения хомутами и изолирующей подвижный шток от рабочей среды цилиндра.
В данном изобретении уплотняющий эффект достигается только в неподвижном соединении поступательно движущего штока и сквозным отверстием в крышке цилиндра. При применении масла необходимо предусматривать меры по устранению загрязнения оборудования, оснастки производственных помещений и соблюдению экологических требований. В некоторых случаях утечки рабочей среды могут представлять опасность. Например, в химических производствах может произойти смешивание рабочей среды гидропривода с химическими веществами. При перекачивании опасных и ядовитых веществ поршневыми насосами утечки также недопустимы.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в полном исключении утечки рабочей жидкости на подвижных поверхностях, обеспечении стабильности положения штока-поршня при статических нагрузках и в повышении точности и виброустойчивости при его перемещении.
Эта задача решается тем, что уплотнение гидравлического или пневматического цилиндра двухстороннего действия содержит уплотнительную камеру в виде трубки, которая выполнена из упругого эластичного материала в виде конической усеченной трубки, вывернутой наизнанку вовнутрь меньшим диаметром усеченного конуса с образованием двухслойной внахлест складки, длина которой равна длине двойного хода штока-поршня, при этом конец меньшего диаметра закреплен на коническом участке крышки цилиндра, а конец большего диаметра - на торце корпуса цилиндра, причем складки выполнены по диаметру штока и внутреннему диаметру поршня цилиндра. В паз штока-поршня может быть установлен стопор, жестко зафиксированный на крышке цилиндра, причем длина паза равна двум рабочим ходам штока-поршня.
Уплотнительная камера, выполненная из гибкого эластичного материала в виде усеченной конусной трубки, вывернутой наизнанку вовнутрь меньшим диаметром, облегает наружную часть штока и конусную внутреннюю часть крышки, что позволяет устранить утечки через зазор между поверхностью штока и отверстием крышки.
Образование двухслойной внахлест складки, длина которой равна длине двойного хода штока-поршня, обеспечивает вытягивание уплотнительной камеры при перемещении штока-поршня на всей длине рабочего хода, сохраняя изоляцию рабочих полостей цилиндра.
Обеспечение облегания внутренней поверхности цилиндра и торца поршня позволяет устранить переток в зазоре поршень - корпус цилиндра, то есть переток рабочей среды из одной полости цилиндра в другую, что позволяет устранить утечки через зазор поверхность штока - отверстие крышки, а облегая внутреннюю поверхность цилиндра и торец поршня, устранить переток в зазоре поршень - корпус цилиндра.
Стопор, закрепленный на крышке и вставленный в паз штока-поршня, обеспечивает ограничения его от проворота и ограничивает продольный ход поршня.
Длина паза под стопор, равная двум рабочим ходам штока-поршня обеспечивает ограничения его от проворота при перемещениях в обоих направлениях.
Устройство поясняется чертежом, где показана конструктивная схема цилиндра двухстороннего действия в разрезе, оснащенного предлагаемым уплотнением (показано промежуточное положение штока-поршня).
Гидравлический или пневматический цилиндр двухстороннего действия содержит корпус 1, на торцах которого установлены сквозные крышки 2 и 3, шток-поршень 4, канавки 5 с установленными в них уплотнительными кольцами 6, уплотнительные камеры 7 с двухслойными складками 8, стопор 9, установленный в паз 10, и выходные и входные отверстия 11 для подачи рабочей среды.
Уплотнительные кольца 6 выполняют из того же материала, что и уплотнительные камеры 7.
Ход штока-поршня 4 двухстороннего действия определяется длиной складок L<2H, здесь L - ход, H - длина складки. Торцы поршня выполнены в виде половины тора с радиусом вращения круга R, с расстоянием от центра вращения круга до оси вращения (оси штока).
Торообразный торцевой профиль поршня 4 и конусная поверхность внутренних торцов крышек 2 и 3 повышают надежность работы силового цилиндра путем задания траектории деформирования уплотнительных камер и образования полостей для их размещения.
Гладкая цилиндрическая поверхность поршня покрыта тефлоновым покрытием, что снижает коэффициент трения и повышает чувствительность к страгиванию с места.
Уплотнение для цилиндра двухстороннего действия работает следующим образом. Перед сборкой на все трущиеся поверхности наносят антифрикционный материал. Hа шток-поршень 4, вставленный в корпус 1 цилиндра, слева и справа надевают сквозные крышки 2 и 3 с собранными уплотнительными камерами 7, вывернутыми наизнанку в сторону меньшего диаметра конической трубки, со сформированными двухслойными складками 8, с шириной H, равной половине рабочего хода L штока-поршня 4.
Уплотнительные камеры 7 своими меньшими диаметрами с помощью уплотнительных колец 6 фиксируют в канавках 5 конуса крышек 2 и 3, а большими диаметрами уплотнительных камер 7 с уплотнительными колодцами 6 фиксируют в канавках 5 торцов корпуса 1. Далее шток-поршень 4 выставляют по центру и заполняют рабочей средой через отверстия 11. Для исключения проворота штока-поршня 4 вокруг своей оси и во избежание среза камеры 7 при мертвом ходе штока-поршня устанавливают стопор 9 в паз 10 шток поршня 4, стопор 9 жестко крепят на внешней стороне крышки 2 и 3. В одну из полостей подают рабочее давление и шток-поршень перемещается.