Гидроцилиндр для навесного оборудования трактора

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается конструкции силового гидроцилиндра управления поворотом или подъемом рабочего органа навесного оборудования трактора сельскохозяйственного или строительного назначения.
В тракторах самое широкое применение находят гидравлические системы различного назначения - начиная рулевым приводом (гидроусилителем руля), и заканчивая гидрообъемными приводами экскаваторов, подъемников и другого оборудования. Все эти системы построены на одинаковых принципах и общей компонентной базе, и во всех них ключевыми деталями являются силовые гидравлические цилиндры. Гидроцилиндр - силовой элемент гидросистемы, преобразующий гидростатическое давление рабочей жидкости в механическую работу. Цилиндр является одной из наиболее простых разновидностей гидравлических двигателей, которые преобразуют давление жидкости в возвратно-поступательное движение рабочего органа. При этом гидравлические цилиндры обладают высоким КПД и способны развивать усилия в десятки тонн, чем и обеспечили себе широчайшее распространение.
Все гидроцилиндры, используемые на тракторах, можно разделить на пять больших групп: цилиндры для гидрообъемных усилителей руля, цилиндры задней/передней навески, цилиндры гидроподъемников, отвалов и иного оборудования, цилиндры выносных опор и цилиндры управления агрегатами трансмиссии (КПП, понижающим редуктором и задним мостом). Все эти цилиндры объединяет одно - они монтируются непосредственно на трактор и питаются от тракторной же гидравлической системы. Есть и другая категория гидроцилиндров - установленных на навесном оборудовании, и зачастую (но не всегда) питаемых от автономной гидросистемы. К такому оборудованию относятся экскаваторы, фронтальные погрузчики, специальные дорожные машины, сельскохозяйственные машины и т.д.
По способу крепления такие гидроцилиндры делятся на две группы. Первая - это крепление штока к одному элементу звеньевой системы и концевой части корпуса гидроцилиндра к другому элементу этой же звеньевой системы. Крепление гидроцилиндров первой группы используется для небольших по габаритам цилиндров и при условии, что по размерам эти цилиндры вписываются в пространство между соединяемыми звеньями. Вторая группа - это габаритные гидроцилиндры. Шток такого, например, длинномерного гидроцилиндра, закрепляется на одном элементе звеньевой системы, с другим элементом этой же звеньевой системы связаны опоры, закрепленные на корпусе гидроцилиндра в срединной его части. При таком креплении свободный конец корпуса гидроцилиндра совершает угловые движения в пространстве в момент его качания на опорах. Применение таких гидроцилиндров обусловлено необходимостью создания больших перемещений, то есть значительных по величине выходов штока.
Описываемые силовые гидравлические цилиндры выполнены двухстороннего действия. В общем случае гидроцилиндр имеет следующее устройство. Его основу составляет цилиндрический корпус, который с двух сторон закрыт крышками - передней, через которую выходит шток, и задней, которая несет на себе проушину. Внутри корпуса находится шток, на котором гайкой зафиксирован поршень. Для герметичности на внешней и внутренней (со стороны контакта со штоком) сторонах поршня имеются уплотнительные кольца. С наружного торца штока крепится проушина. Передняя крышка цилиндра, через которую проходит шток, имеет уплотнительные кольца снаружи и внутри (в месте контакта со штоком), также внутри может находиться грязесъемник для удаления грязи со штока. Крышка фиксируется стопором, а сверху может дополнительно удерживаться накидной гайкой.
На корпусе цилиндра предусматриваются вводы для подачи и отвода масла, они могут быть двух типов: штуцеры - простые и резьбовые, причем резьба находится с внешней стороны, и бонки - штуцеры с внутренней резьбой, которая может выходить вверх или вбок.
Причем цилиндр может комплектоваться двумя штуцерами, двумя бонками или одним штуцером и одной бойкой. На некоторых гидроцилиндрах также устанавливаются резьбовые поворотные угольники, которые облегчают монтаж шлангов, предотвращая их перегибы и скручивания.
Принцип работы гидравлического цилиндра двухстороннего действия прост. Поршень делит цилиндр на две герметичных камеры, которые через штуцеры связаны с распределителем гидросистемы. Распределитель устроен так, что при подаче масла в одну камеру цилиндра масло из противоположной камеры сливается в бачок, и наоборот. Таким образом, при подаче масла в одну камеру давление в ней растет и поршень, который не испытывает сопротивления с противоположной стороны, начинает двигаться, толкая шток и соединенный с ним рабочий орган. При необходимости вернуть рабочий орган в прежнее положение, масло из только что наполненной полости сливается, а противоположная полость, наоборот, наполняется - за счет этого изменяется давление и поршень движется в другую сторону. При необходимости остановки рабочего органа в том или ином положении, распределитель перекрывает доступ к камерам гидроцилиндра, и оставшееся в них масло обеспечивает удержание поршня в выбранном положении.
Так, известен гидроцилиндр для навесного оборудования трактора сельскохозяйственного или строительного назначения, содержащий цилиндрический корпус, который с двух сторон закрыт крышками, одна из которых выполнена глухой, а другая выполнена с центральным отверстием, оснащенным уплотнениями, для выхода наружу штока, несущего узел прикрепления к одному элементу конструкции навесного оборудования, расположенный внутри цилиндрического корпуса шток выполнен с поршнем, а на цилиндрическом корпусе в центральной его части снаружи закреплены оппозитно расположенные оси для крепления в гнездах на другом элементе конструкции навесного оборудования, при этом в передней крышке выполнен входной канал для подсоединения через штуцер гидравлического шланга подачи давления через выполненный в этой крышке канал в штоковую полостью гидроцилиндра, а в глухой крышке выполнен канал для сообщения поршневой полости гидроцилиндра источником подачи давления в эту полость (см. "Гидроцилиндр подъема отвала 700-79-4277СП", выложенный на сайте "ИМПЕЛ" компании «Агроснабженческая компания ИМПЕЛ» в сети Интернет в режиме он-лайн доступа по адресу: http://www.impel.com.ua/cylinder/cg_700-79-4277sp.shtml обнаружено в 2015 г. (копия прилагается).
Недостаток данного гидроцилиндра заключается в невысокой эксплуатационной надежности, обусловленной тем, что при креплении корпуса цилиндра оппозитно расположенными осями в цапфах шток так же имеет жесткое крепление к рабочему звену навесного оборудования. Так как звенья навесного оборудования в шарнирных точках соединений изнашиваются и приобретают люфты и поперечные смещения, то гидроцилиндр начинает выступать для этих отклонений в качестве компенсатора, что является недопустимым для гидроцилиндра. Это приводит к появлению изгибных нагрузок на штоке и потере герметичности в зоне передней крышки (из которой выходит шток). Кроме того, схема подсоединения гидравлических шлангов предусматривает прямое подключение их непосредственно через штуцеры к крышкам. Шланги имеют большие длины, перемещаются в пространстве и перегружают при давлении штуцеры, что приводит к появлению течи и необходимости замены шлангов.
Технический результат, на достижение которого направлено предложение, заключается в повышении эксплуатационной надежности при работе с высокими давлениями.
Указанный результат достигается тем, что в гидроцилиндре для навесного оборудования трактора, содержащем цилиндрический корпус, который с двух сторон закрыт крышками, одна из которых выполнена глухой, а другая выполнена с центральным отверстием, оснащенным уплотнениями, для выхода наружу штока, несущего узел прикрепления к одному элементу конструкции навесного оборудования, расположенный внутри цилиндрического корпуса шток выполнен с поршнем, а на цилиндрическом корпусе в центральной его части снаружи закреплены оппозитно расположенные оси для крепления в гнездах на другом элементе конструкции навесного оборудования, при этом в передней крышке выполнен входной канал для подсоединения гидравлического шланга подачи давления через выполненный в этой крышке канал в штоковую полостью гидроцилиндра, а в глухой крышке выполнен канал для сообщения поршневой полости гидроцилиндра с источником подачи давления в эту полость, на штоке узел прикрепления к одному элементу конструкции навесного оборудования выполнен в виде карданного шарнира, гидравлический шланг подачи давления в штоковую полостью гидроцилиндра через канал в крышке выполнен в виде металлической трубы, несущей головку с каналом, конусным наконечником с уплотнениями, вставленным во входной канал и прикрепленным болтами к крышке, при этом гидроцилиндр снабжен распределительной коробкой, закрепляемой на цилиндрическом корпусе и выполненной с выходными каналами, в одном из которых закреплен другой конец металлической трубы, а другой выполнен в головке, конусным наконечником с уплотнениями, вставленной во входной канал в глухой крышке, и с входными каналами, используемыми для сообщения с источником давления для подачи этого давления в полости гидроцилиндра, причем для каждой полости гидроцилиндра в распределительной коробке выполнено два оппозитно расположенных входных канала, один из которых закрыт заглушкой.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - продольное сечение гидроцилиндра;
фиг. 2 - вид сверху на гидроцилиндр.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция гидроцилиндра для навесного оборудования трактора, преимущественно для тяжеловесной техники сельскохозяйственного или строительного назначения (массой 35 т и более). Более конкретно, рассматривается конструкция силового гидроцилиндра, позволяющего реализовать длинномерный выход штока из корпуса гидроцилиндра.
Такой гидроцилиндр для навесного оборудования трактора (фиг. 1 и 2) содержит цилиндрический корпус 1, который с двух сторон закрыт крышками 2 и 3, одна 2 из которых выполнена глухой, а другая 3 выполнена с центральным отверстием, оснащенным уплотнениями 4, для выхода наружу штока 5, несущего узел 6 прикрепления к одному элементу конструкции навесного оборудования. На штоке узел прикрепления к одному элементу конструкции навесного оборудования выполнен в виде карданного шарнира. На цилиндрическом корпусе в центральной его части снаружи закреплены оппозитно расположенные оси 7 для крепления в гнездах на другом элементе конструкции навесного оборудования. Расположенный внутри цилиндрического корпуса шток 5 выполнен с поршнем 8.
Оси 7 смещены по оси цилиндрического корпуса в сторону глухой крышки 2 так, что центр масс 9 гидроцилиндра расположен на участке корпуса 1 между осями 7 и крышкой 3. Это позволяет при закреплении осей 7 в гнездах обеспечить стремление гидроцилиндра занимать приближающееся к вертикали положение (при незакрепленном узле 6 прикрепления). В реалиях, такое расположение центра масс позволяет снизить инерционность верхней части гидроцилиндра при его повороте (при работе с навесным оборудованием).
Выполнение узла 6 прикрепления в виде карданного шарнира позволяет снизить изгибные нагрузки на шток в положении его максимального выдвижения и нивелировать неточности компоновочного размещения элементов навесной системы трактора. Известно, что навесное оборудование выполняется по схеме свободного по допускам соединения звеньев между собой. Это приводит к появлению люфтов при перемещении звеньев. При эксплуатации такие люфты образуются и в результате воздействия силовых нагрузок на оборудование и в результате естественного износа шарниров. Сам гидроцилиндр установлен в гнездах, в которых оси 7 четко позиционированы и не имеют смещений, кроме вращения или поворота вокруг оси вращения. Таким образом, в системе навески, обладающей люфтами и свободными смещениями звеньев в поперечном направлении относительно точек крепления, гидроцилиндр с одного конца позиционирован без учета компенсации этих смещений на конце штока. Поэтому в качестве узла крепления выбран карданный шарнир, позволяющий одновременно передавать силовые нагрузки на звенья навесной системы от перемещения штока и обеспечивающий компенсацию несоосности или смещений звеньев по отношению к оси штока. Так как речь идет о тяжеловесной технике весом 35 т и выше, то применение такого решения существенно снимает действие поперечных нагрузок от звеньев навесного оборудования на шток.
Гидроцилиндр представляет собой длинномерную конструкцию, концевые части которой совершают значительные угловые перемещения относительно осей 7. В связи с этим применение гибких шлангов подачи давления в полости гидроцилиндра и их традиционные схемы подключения (путем вворачивания штуцеров) отдельными шлангами для штоковой и для поршневой полостей, становится непригодным. Это обусловлено тем, что при большой длине самого гидроцилиндра длины шлангов становятся очень большими, притом, что шланги должны перемещаться за гидроцилиндром. Перемещения шлангов, находящихся под высоким давлением приводит к их пространственной деформации, которая, естественно, сказывается на надежности мест закрепления шлангов в штуцерах.
Для исключения возможности повреждения шлангов, элементов их соединения с крышками и исключения чрезмерной длины и свободного провисания в заявленном гидроцилиндре использована стационарная гидравлическая система следующего исполнения.
В передней крышке 3 выполнен входной канал 10 для подсоединения гидравлического шланга подачи давления через выполненный в этой крышке канал в штоковую полость гидроцилиндра, а в глухой крышке 2 выполнен канал 11 для сообщения поршневой полости гидроцилиндра с источником подачи давления в эту полость. Гидравлический шланг подачи давления в штоковую полостью гидроцилиндра через канал в крышке 3 выполнен в виде металлической трубы 12, несущей головку 13 с каналом 14, конусным наконечником с уплотнениями, вставленным во входной канал 10 и прикрепленным болтами 15 к крышке 3. Труба 12 вварена своим концом в головку или по прессовой посадке вставлена в отверстие в этой головке. В любом случае, труба жестко скреплена с головкой и не имеет перемещений относительно головки.
Гидроцилиндр снабжен распределительной коробкой 16 (для распределения агента, подаваемого в полости гидроцилиндра, под агентом модно понимать масло), которая закреплена на цилиндрическом корпусе или на глухой крышке. Коробка 16 выполнена с выходными каналами (один для штоковой полости, другой для поршневой полости гидроцилиндра), причем для каждой полости гидроцилиндра в распределительной коробке 16 выполнено два оппозитно расположенных входных канала 17 и 18 (одна пара входных каналов сообщена с выходным каналом, сообщаемым с поршневой полостью гидроцилиндра, другая пара входных каналов сообщена с выходным каналом, сообщаемым со штоковой полостью гидроцилиндра). В исходном состоянии до постановки на трактор все входные каналы закрыты заглушками 19 (см. фиг. 2).
В рабочем состоянии, то есть после установки на трактор и подключения к источнику давления, один из входных каналов в каждой паре в коробке остается закрытым заглушкой, а другой, после снятия заглушки, может быть сообщен с гидравлическим шлангом от системы подачи давления. Так как, как правило, для управления перемещением одноименных звеньев в навесной системе используется симметричная схема расположения гидроцилиндров, то подвод к распределительной коробке шлангов может быть произведен как с одной стороны этой коробки, так и с другой. Это позволяет сократить длины шлангов. Так как коробка расположена на корпусе цилиндра у глухой крышки или на глухой крышке, то можно использовать короткие гидравлические шланги при небольших их перемещениях в пространстве.
В одном из выходных каналов распределительной коробки 16 закреплен другой конец металлической трубы 12, а другой выходной канал в этой коробке выполнен в головке 20, конусным наконечником с уплотнениями вставленной во входной канал или в канал 11 в глухой крышке 2.
Таким образом, наружно размещенная гидравлическая часть гидроцилиндра выполнена стационарной, неперемещаемой и жестко зафиксированной на корпусе гидроцилиндра. Это позволяет решить задачу надежности соединений и уплотнений в системе и обеспечить гарантированно высокий ресурс этой части.
Приведенные особенности исполнения гидроцилиндра, работающего под высокими давлениями для обеспечения больших ходов штока, позволяют обеспечить достижение технического результата - повышение длительной эксплуатационной надежности гидроцилиндра при работе с высокими давлениями за счет сокращения длин гидравлических шлангов и формирования жесткой гидравлической части на корпусе гидроцилиндра и исключения изгибных нагрузок на шток при его больших выходах.
Настоящая полезная модель промышленно применима и показала в практике опытной эксплуатации возможность исключения деформации штока гидроцилиндра и его гидравлических частей.