ПОРШЕНЬ ГИДРОЦИЛИНДРА

Полезная модель может быть использована в гидравлических и пневматических машинах с возвратно-поступательным движением рабочего органа. В частности поршень используется в гидроцилиндре, установленном в приводе штанговых скважинных насосов, и предназначен для использования в составе привода штангового скважинного насоса гидравлического для подъема и опускания плунжера скважинного насоса через колонну насосных штанг.
Ближайший аналог предлагаемого технического решения является поршень гидроцилиндра (Патент на изобретение 114350, дата приоритета 06.04.2011, МПК F16J 9/00), состоящий из корпуса поршня и установленных на нем уплотнительных элементов (манжет), при этом уплотнительные элементы изготовлены сменными, установлены встречно и выполнены из полиуретана марки СКУ-ПФЛ-100 по ТУ 38103137-78. Рабочие поверхности манжет имеют несколько уплотнительных треугольных поясов на наружной и внутренней посадочными расширяющимся коническим поверхностями глубиной 0,5 мм и торцевую конусную кольцевую канавку, под фиксирующие упоры, уплотнительные пояски манжет в сечении имеют треугольную форму с углом при вершине 90°, количество поясков равно трем, при этом расширяющиеся конические поверхности выполнены с наклоном образующей от 5° до 10°.
Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность уплотнения пары гильза-поршень, не высокий ресурс уплотнительных элементов, повышенный износ гильзы гидроцилиндра.
Технической проблемой, не решаемой аналогом, является создание поршня с надежным уплотнением пары гильза-поршень.
Указанная выше техническая проблема решается созданием поршня гидроцилиндра, состоящего из корпуса поршня, выполненного в виде цилиндрообразного тела с центральным установочным отверстием, установленных на нем уплотнительных элементов, двух направляющих колец из антифрикционного неметаллического материала, а с торцов корпуса поршня размещены кольца из высокопрочного материала, закрепленные на штоке фиксирующим элементом, при этом уплотнительные элементы на наружной поверхности представляют собой комплект из двух эластичных колец: наружного и внутреннего, установленных одно в другое и размещенных в кольцевую канавку поршня, а твердость наружного кольца превосходит твердость внутреннего кольца.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности уплотнения пары гильза - поршень.
Изображения, раскрывающие суть предлагаемого технического решения показаны на следующих фигурах:
Фиг. 1 - поршень гидроцилиндра в разрезе.
Фиг. 2 - уплотнения поршня по наружной поверхности.
Фиг. 3 - возможный вариант уплотнения поршня по наружной поверхности.
Фиг. 4 - уплотнение поршня по внутренней поверхности.
Поршень гидроцилиндра, характеризующийся его большим ходом (6 метров), включает в себя корпус поршня 1, установленные на нем уплотнительные элементы 2, 3, 4, 5, два направляющих кольца 6 и два кольца 7, размещенные с торцов корпуса поршня 1. Корпус поршня 1 выполнен цилиндрообразным с центральным установочным отверстием, которое обеспечивает равномерное прожатие наружных уплотнительных колец 6 и повышает долговечность пары гильза - поршень 1. Внешняя поверхность поршня 1 содержит канавки 8. Уплотнительные элементы 2, 3, 4, 5 представляют собой кольца из эластичного материала, размещенные на наружной и внутренней поверхности поршня 1. Уплотнительные кольца 2, 3 размещены в канавке на наружной поверхности корпуса поршня 1 и представляют собой комплект из двух колец, при этом наружное кольцо 3 выполнено из более твердого износостойкого материала, чем кольцо 2, которое является более упругим, поперечное сечение внутреннего уплотнительного кольца 2 представляет собой круг, а наружного 3 - прямоугольник.
Поперечное сечение внутреннего кольца 2 может представлять собой круг с лыской по внутреннему диаметру, а поперечное сечение наружного кольца 3 может представлять собой четырехугольник с наружной стороной, имеющей зубчики, которые уменьшают трение между поршнем 1 и гильзой 9 путем уменьшения площади их соприкосновения, и внутренней выполненной по радиусу. Наличие зубчиков на наружной поверхности кольца 3 позволяет снизить гидродинамическое давление макрощелей и исключить деформацию уплотнителей.
Уплотнительные элементы 4, 5, расположенные в канавке на внутренней поверхности, представляют собой две пары колец: одно - круглого, другое - прямоугольного сечения, кольцо 5 выполнено из более твердого антифрикционного материала.
Применение направляющих колец 6 позволяет минимизировать перекосы оси поршня относительно оси гильзы 9 за счет максимального прожатия, при этом направляющие кольца 6 выполнены из антифрикционного материала, что снижает потери на трение и уменьшает износ гильзы гидроцилиндра. Направляющие кольца 6 могут быть выполнены из фторопласта. Кольца 7 закрепляются на штоке 10 фиксирующим элементом.
Кольца 7, размещенные с торцов корпуса 1, выполнены из высокопрочного материала съемными, что увеличивает срок службы поршня 1 за счет отсутствия деформации торца поршня 1 (предотвращает увеличение диаметра поршня 1 и исключает эффект «расклепывания») при его ударе о торцевые поверхности гильзы 9 и возможности своевременной замены изношенных колец 7.
Предложенная конструкция работает следующим образом. Поршень 1, жестко связанный со штоком 10, изначально находится в равновесии внутри гидроцилиндра. Для перемещения поршня 1 в одну полость цилиндра подводится рабочая жидкость, возникает перепад давлений, стремящийся переместить поршень 1 в сторону полости с меньшим давлением. Предлагаемая полезная модель, благодаря конструктивному исполнению уплотнений, позволяет обеспечить скорость передвижения штока выше, чем у известных аналогов до 0,8 м/с, при этом фактически не изнашивая поверхность гильзы гидроцилиндра, что обеспечивает значительный ресурс гидроцилиндра.
Твердое наружное кольцо 3 обеспечивает герметичность при высоких скоростях перемещения поршня 1 в течении всего ресурса. Внутреннее кольцо 2 обеспечивает необходимое поджатие наружного кольца 3. Начальное поджатие необходимо для обеспечения герметичности при низком давлении в полостях цилиндра. Упругость позволяет сохранить давление, оказываемое наружным кольцом 3 на гильзу 9, компенсирует неточности изготовления, тепловые расширения и т.д.
Торцевые кольца 6 создают дополнительную защиту корпуса поршня 1 от последствий контакта (расклепа) поршня с корпусами гидроцилиндра при подходе к крайним положениям. Канавки 8 уменьшают трение при перемещении поршня 1 относительно гильзы цилиндра.