Цилиндр объемного вытеснения поступательного двустороннего действия

Цилиндр предназначен для перемещения рабочего органа из одного положения в другое. Цилиндр состоит из корпуса, включающего в себя цилиндр, крышку переднюю, имеющую сквозные отверстия для входа-выхода рабочих шариков, патрубок, имеющий отверстие для выхода штока поршня, в стенке которого располагаются кольцевые канавки, заполненные шариками, крышку заднюю, имеющую сквозные отверстия для входа-выхода рабочих шариков, сепаратор, и поршня, являющегося рабочим органом и состоящего из штока и поршня, имеющего на своей внешней поверхности кольцевые канавки, заполненные шариками, и предназначен для совершения работы посредством возвратно-поступательного движения поршня от воздействия на него рабочих шариков. Технический результат - упрощение изготовления цилиндра. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

По функциональности использования косвенными аналогами предлагаемого изобретения являются используемые в гидравлических приводах гидроцилиндры двустороннего действия, у которых движение рабочего органа в обе стороны происходит за счет давления рабочей среды [Башта Т.М. «Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем», М., «Машиностроение», 1974 г., с. 490, §127].

Известно, что применение жидкостей и масел в качестве рабочей среды требует высокой степени герметичности рабочих камер, что достигается высокой степенью чистоты обработки рабочих поверхностей, деталей этих машин и механизмов и применением разного рода уплотнений и уплотнительных устройств, что существенно повышает стоимость их изготовления, обслуживания и ремонта. Необходимость фильтрации и охлаждения рабочей жидкости также сказывается на удорожании изготовления, эксплуатации, обслуживания и ремонта. Чувствительность к перепадам температуры окружающей среды отрицательно сказывается на работе гидравлических цилиндров.

Существенным признаком предлагаемого изобретения является применение шариков в качестве рабочих тел, что не требует высокой степени герметичности рабочих камер, вследствие чего отпадает необходимость в высокой чистоте обработки рабочих поверхностей цилиндра, поршня и штока, и применение уплотнительных устройств и устройства дренажа. Таким образом, снижение чистоты обработки, смягчение допусков при изготовлении поверхностей рабочих камер и отказ от уплотнительных устройств позволяют значительно удешевить изготовление, обслуживание и ремонт. Перепады температуры окружающей среды не влияют на работоспособность цилиндра.

Удержание выдвинутого в нужное рабочее положение поршня в цилиндрах, использующих шарики в качестве рабочих тел, не требует дополнительных затрат энергоресурсов, т.к. не требуется поддержание постоянного рабочего давления, что приводит к существенной их экономии и снижению эксплуатационных затрат.

На Фиг. 1 показан продольный разрез цилиндра. Цилиндр состоит из корпуса 1 и поршня 2. В поперечном сечении и корпус 1 и поршень 2 имеют преимущественно круглое сечение. На Фиг. 2 показан продольный разрез корпуса 1. На Фиг. 3 показан продольный разрез поршневой полости цилиндра.

Корпус 1 состоит из цилиндра 3, крышки передней 4, патрубка 5, крышки задней 6, сепаратора 7 и предназначен для организации возвратно-поступательного движения поршня 2, находящегося в его внутренней полости, стенки которой со стороны впускных отверстий крышки передней 4 и патрубка 5 образуют рабочие камеры.

Цилиндр 3 состоит из тубы преимущественно круглого поперечного сечения, необходимой длины, диаметра и толщины стенки. На одном конце трубы жестко установлен фланец для крепления крышки передней 4, с внутренним отверстием, повторяющим внешний контур трубы, и с отверстиями, располагающимися по периметру фланца для крепления крышки крепежными элементами 8.

Крышка передняя 4 отличается тем, что для беспрепятственного входа-выхода шариков на внутренней поверхности организовано конусообразное углубление с предпочтительным углом раскрытия конуса α=150°, которое заканчивается цилиндрическим углублением диаметром, превышающим троекратный максимальный диаметр применяемых шариков, глубиной, равной двукратному диаметру шариков, и имеющая конусообразное дно. Высота конуса дна предпочтительно больше или равна половине максимального диаметра применяемых шариков. В стенках цилиндрического углубления сделаны сквозные впускные отверстия, равномерно распределенные по длине окружности и под углом предпочтительно β=45° к продольной оси крышки, которые на своих внешних концах имеют организованные места, для присоединения питающих трубопроводных магистралей подвода и отвода шариков. Для эффективной работы цилиндра впускных отверстий должно быть необходимое количество. В предлагаемом цилиндре, для примера, их количество равно 6.

На другом конце трубы жестко установлен патрубок 5. Патрубок 5 имеет вид оправки с широкой, узкой и конусной частью между ними. На краю широкой части находится фланец с отверстиями для крепления крышки задней 6. Внутреннее отверстие фланца повторяет внешний контур трубы цилиндра 1, на конце которой он жестко установлен. В узкой части сделано отверстие для выхода штока поршня. В стенке отверстия имеются преимущественно кольцевые канавки, в которые плотно устанавливаются шарики преимущественно такие же, что и шарики, использующиеся в качестве рабочих тел, служащие опорами штока и снижающие силу трения при движении штока, и канавки для установки уплотнений штока. Для входа-выхода рабочих шариков в конусной части равномерно по окружности расположены радиальные отверстия (Фиг. 4). На внутренней поверхности конусной части патрубка сделано необходимое количество конусных углублений с диаметром основания D, большим 2-х максимальных диаметров применяемых шариков 2d_ш, вершина конуса касается наружной поверхности патрубка. С наружной стороны конуса патрубка на той же окружности, что и конусные углубления со смещением по длине окружности ε≈0,5 d_ш, навстречу углублениям сделаны сквозные отверстия диаметром чуть больше d_ш. Для эффективной работы цилиндра впускных отверстий должно быть необходимое количество. В предлагаемом цилиндре, для примера, их количество равно 6.

Кроме фланца и патрубка на наружной поверхности трубы могут быть закреплены проушины, цапфы и др. для установки цилиндра на месте применения.

Задняя крышка 6 имеет вид оправки с широкой фаской по верхнему краю. С внутренней стороны имеет цилиндрическое углубление с торообразным дном и сквозным отверстием диаметром, соответствующим диаметру узкой части патрубка 5. Перпендикулярно образующей фаски, равномерно распределенные по окружности организованы отверстия диаметром, соответствующим d_ш, которые на своих внешних концах имеют организованные места для присоединения питающих трубопроводных магистралей подвода и отвода шариков. Отверстия выполнены таким образом, чтобы они своим внешним краем плавно и по касательной сопрягались с торообразной образующей дна углубления. Для эффективной работы цилиндра впускных отверстий должно быть необходимое количество. В предлагаемом цилиндре, для примера, их количество равно 6. По внешнему краю крышки строго напротив отверстий во фланце патрубка 5 расположены отверстия для крепежных элементов 8. Их количество соответствует необходимому. Степень точности изготовления рабочих поверхностей всех деталей IX-XII. Класс шероховатости 3-4.

Сепаратор 7 имеет вид тонкостенной втулки и имеет цилиндрический и конический участки, своими контурами и размерами соответствующие контурам и размерам широкой и конической частям патрубка 5. На конической части, для прохода шариков имеются прямоугольные вырезы соответствующей глубины и шириной равной d_ш. Располагаются они напротив впускных отверстий задней крышки 6 и предназначены для беспрепятственного прохода шариков к отверстиям конусной части патрубка 5. Сепаратор изготавливается из бронз, пластмасс и т.п.

Труба, фланец, патрубок и крышки изготавливаются из прочных и износостойких материалов, различных сталей, сплавов, металлов, композитных материалов и др.

Поршень 2 в поперечном сечении имеет форму, соответствующую контуру внутренней полости корпуса 1, с размерами, обеспечивающими зазор λ по всему контуру. На внешней образующей поршень 2 имеет преимущественно кольцевые канавки глубиной, обеспечивающей зазор λ, плотно заполненные шариками. Преимущественно применяются те же шарики, что используются как рабочие тела для данного цилиндра.

Поршень может быть цельным или состоять из нескольких частей: поршень, шток и др.

Поршень 2 изготавливается из прочных и износостойких материалов, различные стали, сплавы, металлы, композитные материалы и др. Степень точности изготовления рабочих поверхностей поршня IX-XII. Класс шероховатости 3-4.

На Фиг. 5 представлен порядок сборки цилиндра.

Осуществление изобретения

Передняя крышка корпуса 1 имеет отверстия для входа-выхода шариков, к которым присоединены питающие магистрали. Патрубок 5 корпуса 1 имеет сквозное отверстие для выхода штока поршня 2. В стенке отверстия сделаны преимущественно кольцевые канавки, плотно заполненные шариками, служащими опорами штоку поршня и облегчающими, за счет снижения силы трения, его возвратно-поступательные движения. Преимущественно применяются те же шарики, что используются как рабочие тела для данного цилиндра.

Поршень 2 в поперечном сечении имеет форму, соответствующую контуру внутренней полости корпуса 1 с размерами, обеспечивающими зазор λ по всему контуру. На внешней образующей поршень 2 имеет преимущественно кольцевые канавки глубиной, обеспечивающей зазор λ, плотно заполненные шариками. Преимущественно применяются те же шарики, что используются как рабочие тела для данного цилиндра.

Шарики, обладающие механической энергией, из питающих магистралей через отверстия в передней крышке 4 поступают в рабочую камеру цилиндра и, воздействуя на поршень, совершают работу, сдвигая его к противоположному краю и выталкивая отработанные шарики из противоположной нерабочей в данный момент камеры. Работа цилиндра при обратном ходе происходит в обратном порядке, шарики, обладающие механической энергией, поступают через отверстия в задней крышке 6.

1. Цилиндр объемного вытеснения поступательного двустороннего действия состоит из корпуса, включающего в себя цилиндр, крышку переднюю, имеющую сквозные отверстия для входа-выхода рабочих шариков, патрубок, имеющий отверстия для входа-выхода рабочих шариков и имеющий торцевое отверстие для выхода штока поршня, в стенке которого располагаются кольцевые канавки, заполненные шариками, крышку заднюю, имеющую сквозные отверстия для входа-выхода рабочих шариков, сепаратор, и поршня, являющегося рабочим органом и состоящего из штока и поршня, имеющего на своей внешней поверхности кольцевые канавки, заполненные шариками, и предназначен для совершения работы посредством возвратно-поступательного движения поршня от воздействия на него рабочих шариков, обладающих механической энергией.

2. Цилиндр по п. 1, характеризующийся тем, что корпус состоит из одной, двух и более частей.

3. Цилиндр по п. 1, характеризующийся тем, что крышка передняя имеет более одного отверстия для входа-выхода рабочих шариков.

4. Цилиндр по п. 1, характеризующийся тем, что патрубок корпуса имеет отверстия для входа-выхода рабочих шариков.

5. Цилиндр по п. 4, характеризующийся тем, что количество отверстий патрубка для входа-выхода рабочих шариков должно быть более одного и должно быть равным количеству отверстий для входа-выхода рабочих шариков в крышке задней.

6. Цилиндр по п. 1, характеризующийся тем, что для уменьшения силы трения возвратно-поступательного движения штока поршня применяются шарики, аналогичные используемым в качестве рабочих тел, плотно заполняющие кольцевые канавки, расположенные в стенке отверстия для выхода штока поршня в патрубке корпуса цилиндра.

7. Цилиндр по п. 6, характеризующийся тем, что в стенке отверстия для выхода штока поршня в патрубке корпуса располагаются одна, две и более канавок, заполненных шариками.

8. Цилиндр по п. 1, характеризующийся тем, что крышка задняя имеет отверстия для входа-выхода рабочих шариков.

9. Цилиндр по п. 8, характеризующийся тем, что количество отверстий для входа-выхода рабочих шариков должно быть более одного и должно быть равным количеству отверстий для входа-выхода рабочих шариков в патрубке корпуса цилиндра.

10. Цилиндр по п. 1, характеризующийся тем, что поршень состоит из одной, двух и более частей.

11. Цилиндр по п. 1, характеризующийся тем, что для уменьшения силы трения возвратно-поступательного движения поршня применяются шарики, аналогичные используемым в качестве рабочих тел, плотно заполняющие кольцевые канавки, расположенные на внешней поверхности поршня.

12. Цилиндр по п. 11, характеризующийся тем, что на внешней поверхности поршня должна быть как минимум одна канавка, заполненная шариками.