УЗЕЛ УПЛОТНЕНИЯ ШТОКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДЕМПФЕРА
HYDRAULIC DAMPER ROD SEAL

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в различных гидравлических машинах, в частности в гидроцилиндрах или демпферах и подобных механизмах.
Из уровня техники известны различные решения уплотнений, установленных между подвижными деталями и направленных на повышение герметичности мест сопряжения деталей между собой. Эти решения, в частности, раскрыты в патентах: СССР №1408144 А1, F16J 15/16; RU 2167354 C1, 20.05.2001; СССР №1408144 А1, F16J 15/16; SU 1481547 А1, 23.05.1989; RU 2173422 C1, 10.09.2001; RU 2219385 C2, 20.12.2003; US 5249813 A, 05.10.1993; US 6454272 B1, 24.09.2002; US 6497415 B2, 24.12.2002; SU 1408144 А1, 07.07.1988; SU 1158808 A, 30.05.1985; SU 1283470 А1, 15.01.1987; SU 1513270 А1, 07.10.1989; SU 1822913 А1, 23.06.1993; DE 2931603 А1, 19.02.1981; SU 889986 A, 15.12.1981; US 4071147 A, 31.01.1978; US 4276985 A, 07.07.1981.
Так, из авторского свидетельства СССР №1408144 А1, F16J 15/16 известно изобретение, согласно которому уплотнение установлено в пазу между перемещаемыми относительно друг друга деталями и выполнено в виде эластичных колец и малофрикционного кольца, которое установлено между эластичными кольцами и поджато к уплотняемой поверхности.
Недостатком этого уплотнения, как и многих других, является ограниченные технические возможности ввиду возможности нарушения герметичности узла уплотнения соединения при относительно высокой частоте изменения давления жидкой среды в штоковой полости демпфера, что характерно для работы системы подвески.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности при высоких пиковых давлениях рабочей среды и увеличение ресурса работы узла уплотнения штока демпфера, а также уменьшение габаритов сечения уплотнения.
Для решения поставленной задачи с получением указанного технического результата узел уплотнения штока гидравлического демпфера содержит уплотнение, расположенное в кольцевом пазу крышки, образованном одной боковой и одной торцевой стенками и открытом в сторону поршня демпфера, на торцевой стенке кольцевого паза выполнена коническая фаска, уплотнитель выполнен в виде кольцевой ступенчатой детали из термопластичного полиэфирного эластомера, причем на цилиндрической поверхности большей ступени выполнен кольцевой выступ, расположенный с возможностью взаимодействия с конической фаской торцевой стенки с возможностью усиления герметизации стыкового соединения, внутренняя цилиндрическая поверхность уплотнения установлена на штоке с натягом, при этом в торцевой полости большей ступени уплотнения, открытой в сторону поршня на конической уплотнительной кромке, расположено с выходом за пределы уплотнения эластичное стягивающее кольцо с возможностью усиления герметизирующего контакта конической уплотнительной кромки со штоком, причем торец конической уплотнительной кромки утоплен внутрь уплотнения, кроме этого на части внутренней цилиндрической поверхности на участке меньшей ступени выполнены кольцевые грязезащитные канавки.
Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы
- эластичное кольцо было выполнено круглого сечения;
- в качестве материала уплотнителя был применен термопластичный полиэфирный эластомер марки «Ритефлекс»;
- на торцевой поверхности крышки была выполнена дополнительная кольцевая канавка, в которой с выходом за ее пределы расположен дополнительный кольцевой уплотнительный элемент, выполненный из упругого эластичного материала.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности, достаточной для достижения технического результата, а именно обеспечение повышения надежности узла уплотнения при высоких пиковых давлениях рабочей среды, возникающих в процессе функционирования демпфера, и увеличение ресурса работы узла уплотнения его штока, а также уменьшение габаритов сечения уплотнения.
В дальнейшем изобретение будет подробно раскрыто в описании его сущности и графических материалах, на которых изображено следующее:
на фиг.1 - общий вид узла уплотнения штока гидравлического демпфера;
на фиг.2 - сечение уплотнения.
Изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует на примере гидравлического демпфера ж/д тележки возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Согласно изобретению (фиг.1, 2) гидравлический демпфер ж/д тележки содержит полый корпус 1, который связан с одной частью 2 колебательной системы подвески ж/д тележки и внутри которого установлен соединенный с ним гидравлический цилиндр с образованием резервуара 3 для рабочей жидкости. Поршень 4 со штоком 5 гидравлического цилиндра установлены с образованием поршневой 6 и штоковой 7 полостей. Между корпусом 1 и цилиндром на штоке расположен демпфирующий узел 8, имеющий крышку 9, связанную с корпусным элементом 10, в котором в дроссельном канале установлен дроссель 11 и, по меньшей мере, один предохранительный клапан 12 с возможностью сообщения поршневой и штоковой полостей 6, 7 с резервуаром 3. Крышка 9 соединена с корпусным элементом 10 любым известным способом, например винтовым соединением.
Свободный конец штока 5 связан с другой частью 13 колебательной системы, в частности подвески ж/д тележки вагона. Крышка 9 со стороны штока 5 выполнена с кольцевой, соосно штоку 5, канавкой 14 с размещенным в ней уплотнителем.
Крышка 9 установлена на штоке 5 сбоку относительно корпусного элемента 10 с возможностью образования между ними сливной полости 15, сообщенной с резервуаром 3 каналами 16. На корпусном элементе 10 со стороны штока 5 выполнена кольцевая канавка с установленными в ней опорным элементом 16 и уплотнительным элементом 17 для взаимодействия с поверхностью штока 5 с возможностью исключения проникания рабочей среды из штоковой полости 7 в сливную полость 15.
На торцевой стенке кольцевой канавки 14 выполнена коническая фаска 18, уплотнитель выполнен в виде кольцевой ступенчатой детали из термопластичного полиэфирного эластомера. На цилиндрической поверхности 19 большей ступени выполнен кольцевой выступ 20, расположенный с возможностью взаимодействия с конической фаской 18 торцевой стенки с возможностью усиления герметизации стыкового соединения.
Внутренняя цилиндрическая поверхность 21 уплотнения установлена на штоке 5 с натягом. В торцевой полости 22 большей ступени уплотнения, открытой в сторону поршня 4 на конической уплотнительной кромке 23, расположено с выходом за пределы уплотнения эластичное стягивающее кольцо 24, в частности круглого сечения, размеры которого превышают линейный размер глубины полости с возможностью усиления герметизирующего контакта конической уплотнительной кромки 23 со штоком 5 за счет упора его на регулировочную шайбу 27, установленную с возможностью ограниченного осевого перемещения.
Кроме этого, на части внутренней цилиндрической поверхности 21 на участке меньшей ступени выполнены кольцевые грязезащитные канавки 25. Не исключена возможность, как вариант выполнения, заполнение канавок 25 эластичным упругим материалом 26, выполненным, например, из пористого полимерного материала или на основе резины.
В одном из вариантов уплотнитель выполнен из термопластичного полиэфирного эластомера, например, марки «Ритефлекс».
Уплотнение работает следующим образом.
При неподвижном штоке 5 и относительно невысоком давлении рабочей среды, например масла, в штоковой полости 7 герметичный контакт создается за счет упругих свойств термопластичного полиэфирного эластомера уплотнения, установленного с натягом относительно штока 5. При увеличении давления рабочей среды в штоковой полости 7, а именно в дроссельном режиме работы демпфера, когда рабочая среда, дросселируя, перетекает из штоковой полости 7 в сливную полость 15 и далее по каналам 16 в резервуар 3, регулировочная шайба 27 перемещается вдоль оси штока 5 в малых пределах «Δ» и сжимает выступающие за пределы крышки 9 (фиг.2) эластичное стягивающее кольцо 24 и кольцевой выступ 20, которые, в свою очередь, усиливают давление по периметру штока в зоне их сопряжения и тем самым повышают степень герметизации уплотнения. В случае ударных нагрузок на детали подвески срабатывают предохранительные клапана 12, сбрасывая рабочую среду из штоковой полости 7 в резервуар через сливную полость и каналы 16, при этом происходит дальнейшее сдавливание кольцевого выступа 20 и кольца 24, исключающих проникновение рабочей среды на этом участке сопряжения крышки 9 со штоком 5. Для дополнительного усиления герметизации соединения на торцевой поверхности крышки 9 выполнена дополнительная кольцевая канавка 28, в которой с выходом за ее пределы расположен дополнительный кольцевой уплотнительный элемент 29, выполненный из термопластичного полиэфирного эластомера или из материала на основе резины. Таким образом, с ростом давления рабочей среды в штоковой полости 7 стягивающее кольцо 24 дополнительно поджимает коническую уплотнительную кромку 23 к цилиндрической поверхности штока 5, а кольцевой выступ 20 - к конической фаске 18, герметично перекрывая тем самым на этом участке зону соединения штока 5 и крышки 9, что в итоге приводит к исключению утечки рабочей среды. Применение в качестве материала для изготовления уплотнения, стягивающего кольца 24 и дополнительного кольцевого уплотнительного элемента 29 термопластичного полиэфирного эластомера, например марки «Ритефлекс», существенно расширило температурный диапазон эксплуатации узла уплотнения штока гидравлического демпфера от минус 50 градусов до плюс 50 градусов.
Изобретение соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку осуществимо с помощью известных материалов, средств производства и технологий.
Применение настоящего изобретения позволяет повысить надежность узла уплотнения при высоких пиковых давлениях рабочей среды и существенно увеличить срок эксплуатации узла уплотнения штока демпфера в широком диапазоне температур, а также позволяет уменьшить габариты сечения уплотнения и демпферного узла в целом.