ПОРШНЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ГИДРОЦИЛИНДРА

Полезная модель относится к поршням, а именно к их конструктивным отличиям, предусмотренным для смазки, и может применяться, в частности, в поршнях гидроцилиндров выдвижения стрелы кранов большой грузоподъемности типа «Сокол - 80.01», используемых на железной дороге.
В связи со спецификой изготовления и работы крана частым явлением отказов в работе являются поломки или неисправности в гидравлической системе крана, а именно выход из строя уплотнительных колец поршня гидроцилиндра выдвижения стрелы. В свою очередь это вызывает течь системы и приводит ее в нерабочее состояние.
Перемещение поршня и штока гидроцилиндра осуществляется за счет поступления рабочей жидкости в одну из полостей. При этом усилие, развиваемое цилиндром, определяется давлением и площадью поршня. Для создания высокого давления в полости гидравлического цилиндра необходимо обеспечить его герметичность, то есть надежно уплотнить поршень и шток. При недостаточном усилии масляная пленка между уплотняющей кромкой и металлической поверхностью становится чрезмерно толстой, что приводит к утечкам масла через них. Чрезмерное прижимное усилие, возникающее при высоком давлении, становится причиной разрыва масляной пленки между уплотняющей кромкой и металлической поверхностью. В этом случае недостаток смазки увеличивает трение, и, как следствие, повышение температуры, а срок службы уплотнения намного сокращается. Так же решающее значение имеют конструкция уплотнения, свойства материала и профиль уплотнения.
Известно поршневое уплотнение, описанное в п. РФ №34673 по кл. F16J 1/08, з. 22.09.13, оп. 10.12.03.
Известное поршневое уплотнение содержит поршень с выполненной на его боковой поверхности канавкой и размещенным в ней уплотнительным кольцом и отличается тем, что поршень снабжен не менее чем двумя канавками и дополнительно - не менее чем одной цилиндрической проточкой, выполненной на боковой поверхности поршня, примыкающей к его торцу, а уплотнительное кольцо выполнено сплошным, поверхность кольца, контактирующая с поверхностью цилиндра, выполнена цилиндрической, а поверхность кольца, контактирующая с поверхностью канавок, повторяет форму последних, при этом между внутренней поверхностью кольца и поверхностью упомянутой проточки выполнен гарантированный зазор, причем уплотнительное кольцо выполнено, например наваркой или заливкой.
При этом уплотнительное кольцо может быть выполнено из материала с низким коэффициентом трения, например фторопласта.
Недостатком известного поршневого уплотнения является сложность его конструкции, обусловленная выполнением уплотнительного кольца сплошным, наличием дополнительной цилиндрической проточки на боковой поверхности поршня.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является поршневое уплотнение, используемое в настоящее время в кранах «Сокол» в гидроцилиндре выдвижения стрелы крана (см. Приложение 1 к заявке).
Конструкция известного поршневого уплотнения включает в себя цилиндрический поршень, в боковых стенках которого вблизи каждого из торцов поршня выполнены две одинаковые группы из трех посадочных канавок одинаковой глубины под устанавливаемые в них соразмерные им уплотнительные кольца, при этом в каждой из групп первые две посадочные канавки выполнены одинаковой большей ширины, чем третья посадочная канавка, посадочные канавки в каждой из групп расположены близко друг к другу, а группы посадочных канавок разделены между собой расстоянием на центральной боковой поверхности поршня, соразмерным с расстоянием, занимаемым каждой из групп канавок. При этом уплотнительные кольца выполнены из резины.
Недостатком известной конструкции является то, что посадочные канавки с уплотнительными кольцами в них размещены только вблизи торцевых концов поршня, а центральная часть поршня остается без достаточного количества смазки, что увеличивает трение, повышает температуру в этой части поршня и сокращает срок службы поршня.
Задачей является повышение срока службы поршня.
Поставленная задача решается тем, что в поршневом уплотнении гидроцилиндра, включающем в себя цилиндрический поршень, в боковых стенках которого вблизи каждого из торцов поршня выполнены, по меньшей мере, две группы из посадочных канавок под устанавливаемые в них соразмерные им уплотнительные кольца, при этом две посадочных канавки и два уплотнительных кольца в каждой из групп выполнены одинаковой большей ширины, чем третья канавка в группе, согласно полезной модели, на цилиндрической поверхности боковых стенок поршня дополнительно выполнена еще одна посадочная канавка такой же меньшей ширины, как ширина третьих канавок, расположенная таким образом, что три посадочные канавки одинаковой меньшей ширины размещены симметрично в центральной части боковой поверхности поршня, образуя группу из трех, равноудаленных друг от друга и от двух групп из двух канавок большей ширины, расположенных вблизи каждого из торцов поршня, причем глубина трех канавок в центральной части больше глубины канавок в двух группах вблизи торцов, а расстояния между ними больше, чем между более широкими канавками и крайней из более узких канавок, а уплотнительные кольца в более узких канавках имеют большую толщину, чем кольца в группах канавок вблизи торцов, при этом все уплотнительные кольца выполнены из полимерных материалов.
Выполнение дополнительно еще одной более узкой канавки в совокупности со смещением группы посадочных канавок в среднюю часть поршня и выполнением их более глубокими, а уплотнений более толстыми при выполнении по краям поршня более мелких канавок и уплотнительных колец в них более широкими и более тонкими обеспечивает более надежное и как бы более «равномерное» уплотнение поршня и штока, делая прижимное усилие между уплотняющей кромкой и металлической поверхностью более сбалансированным, не вызывающим разрыва масляной пленки между поршнем и штоком, обеспечивая меньший износ поршня в целом и увеличивая срок его службы. Выполнение всех уплотнительных колец из полимерных материалов, обладающих более высокими деформационно-прочностными свойствами, обеспечивает меньшие утечки при движении и сохранение высокой герметичности уплотнения. Это обусловлено тем, что их рабочие кромки меньше деформируются под давлением, сохраняя начальную форму, обеспечивающую насосный эффект, препятствующий выносу поршнем масляной пленки за пределы уплотнительного узла, что не дает поршню при движении произвести сухой контакт с поверхностью гидроцилиндра и создать задиры, течи, которые приведут к выходу из строя поршня.
Технический результат - обеспечение более «равномерного» уплотнения поршня и штока, равномерной смазки и прижимного усилия по всей боковой поверхности поршня при высокой герметичности уплотнения.
Заявляемое поршневое уплотнение гидроцилиндра обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков как выполнение на цилиндрической поверхности боковых стенок поршня дополнительно еще одной посадочной канавки такой же меньшей ширины, как ширина третьих канавок, расположение ее таким образом, что три посадочные канавки одинаковой меньшей ширины размещены симметрично в центральной части боковой поверхности поршня, образуя группу из трех, равноудаленных друг от друга и от двух групп из двух канавок большей ширины, расположенных вблизи каждого из торцов поршня, выполнение глубины трех канавок в центральной части большей глубины канавок в двух группах вблизи торцов, а расстояния между ними больше, чем между более широкими канавками и крайней из более узких канавок, выполнение уплотнительных колец в более узких канавках большей толщины, чем толщина колец в группах канавок вблизи торцов, а также выполнение всех уплотнительных колец из полимерных материалов, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемое поршневое уплотнение может найти широкое применение, в частности, в поршнях гидроцилиндров выдвижения стрелы кранов большой грузоподъемности типа «Сокол - 80.01», используемых на железной дороге, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где показано в продольном разрезе поршневое уплотнение.
1,2
3,4
1,2
3,4
1-3
1-3
Заявляемое поршневое уплотнение содержит установленный в гидроцилиндре 1 поршень 2, на боковой поверхности которого выполнены расположенные вблизи торцов две группы более широких посадочных канавок 3 и 3 с более широкими и более тонкими уплотнительными кольцами 4 и 4, а между ними выполнена симметрично расположенная группа более узких и глубоких канавок 5 с расположенными в них более узкими и более толстыми уплотнительными кольцами 6. При этом расстояния между посадочными канавками в группах 3 и между крайними канавками группы 5 примерно одинаковы и меньше, чем расстояния между центральной и крайними посадочными канавками в группе 5. Ширина посадочных канавок 3 и уплотнительных колец 4 в них примерно в 2 раза больше ширины канавок 5 и колец 6, а глубина канавок 3 и толщина колец 4 примерно в 2 раза меньше глубины канавок 5 и толщины колец 6. Уплотнительные кольца 4 и 6 выполнены из полимерных материалов, например, таких как полиуретан, политетрафторэтилен, бутадиен-нитрильный каучук, полиформальдегид.
Заявляемое поршневое уплотнение гидроцилиндра действует следующим образом.
1-3
1, 2
3, 4
Расположение группы более глубоких и узких посадочных канавок 5 в центральной части в совокупности с расположением вблизи торцов поршня 2 двух групп из 2-х посадочных канавок 3 и 3, более широких, но более мелких, обеспечивает более надежное и как бы более «равномерное» уплотнение поршня и штока, делая прижимное усилие между уплотняющей кромкой и металлической поверхностью более сбалансированным, не вызывающим разрыва масляной пленки между поршнем и штоком, обеспечивая меньший износ поршня в целом и увеличивая срок его службы.
Использование уплотнительных колец 4 и 6, выполненных из полимерных материалов, обладающих более высокими деформационно-прочностными свойствами, уменьшает возможность утечки при движении и обеспечивает высокую герметичность уплотнения.
Это связано с тем, что рабочие кромки таких колец меньше деформируются под давлением, сохраняя начальную форму, обеспечивающую насосный эффект, препятствующий выносу поршнем масляной пленки за пределы уплотнительного узла, что не дает поршню при движении произвести сухой контакт с поверхностью гидроцилиндра и создать задиры, течи, которые приведут к выходу из строя поршня.
В сравнении с прототипом заявляемое поршневое уплотнение обеспечивает более длительный срок службы поршня.