PL182356B1

PL182356B1 - Przykrecany cylinder roboczy poruszany sprezonym czynnik i e m PL PL PL

Info

Publication number: PL182356B1
Application number: PL97328404A
Authority: PL
Inventors: Josef Bueter
Original assignee: Bumach Engineering Internat Bv
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1997-01-04
Publication date: 2001-12-31
Also published as: CZ240698A3; HU220939B1; CN1210578A; CZ296713B6; HK1018497A1; CN1088806C; PL328404A1; US6196112B1; RU2150615C1; EP0880652A1; CA2245764A1; JPH11506190A; DE29602088U1; CA2245764C; HUP9901415A3; EP0880652B1; HUP9901415A1; DE59708068D1; JP3342494B2; WO1997029287A1

Abstract

I. Przykrecany cylinder roboczy poruszany sprezonym czynnikiem, zawierajacy rure cylindra mieszczaca tlok polaczona z prowadzaca czescia zamykajaca i z dolna czescia zamykajaca, znamien- ny tym, ze w prowadzacej czesci zamykajacej (2 ) oraz w dolnej czesci zamykajacej (3), a takze na koncach rury cylindra (4), sa wykonane powierzchnie uszczelniajace (10, 11, 12, 22) stanowiace uszczel- niajace skosy pochylone pod katem w granicach 6 - 1 2 °, przy czym na koncach rury cylindra (4) oraz w prowadzacej czesci zamykajacej (2 ) i w dolnej czesci zamykajacej (3) w poblizu odpowiednich po- wierzchni uszczelniajacych (10, 11, 12, 22) sa wykona- ne gwinty (9, 9.1, 9.2), zas czesci zamykajace (2, 3) oraz konce rury cylindra (4) stanowiace uszczelnia- jace skosy sa wykonane z materialu o module spre- zystosci w zakresie 60 do 250x103 N/mm2 ± 10% i obciazeniu granicznym pomiedzy 200 N/mm2 a 1050 N/mm2 w zakresie temperatur od 0°C do 200°C, przy czym uszczelniajace skosy czesci zamykajacych (2, 3) sa docisniete do odpowiadaja- cych im uszczelniajacych skosów rury cylindra (4) poprzez gwinty (9, 9.1, 9.2) F ig u r 4 PL PL PL

Description

Znane są ponadto przykręcany cylinder roboczy według opisu patentowego EP 601736, w którym gwint wspierający części zamykające jest usytuowany w wewnętrznym płaszczu rury cylindra, a uszczelnienie jest realizowane przez elementy uszczelniające.

Ponadto stosowane są również przykręcane cylindry robocze z wewnętrznym i zewnętrznym gwintem rury cylindra, przy których uszczelnienie jest realizowane przez elastomeryczną uszczelkę umieszczoną w pierścieniowej powierzchni czołowej rury cylindra, albo też, jak przedstawiono w opisie patentowym DE 3517137, poprzez uszczelkę czołową prowadzącej części zamykającej.

Wszystkie znane przykręcane cylindry robocze uzyskują uszczelnienie rury cylindra przez wprowadzenie elastomerycznych elementów uszczelniających.

Wadą tych rozwiązań jest podatność na uszkodzenia w zakresie wysokich ciśnień oraz skomplikowana budowa oraz konieczność stosowania kosztownej obróbki skrawaniem.

Poruszane sprężonym czynnikiem silniki liniowe w wykonaniu śrubowym wymagają wysoko rozwiniętej technologii wytwarzania, a przez to są drogie w produkcji. Niemniej jednak stosuje się je w ograniczonym zakresie, zwłaszcza przy wysokim ciśnieniu w czynnikach agresywnych. W przypadku gdy części cylindra roboczego są powleczone warstwami ochronnymi zapewniającymi odporność na czynniki agresywne, powstają wówczas dodatkowe koszty wytwarzania elementów łączących, które pozostają również podatne na częste uszkodzenia na skutek działania silnie sprężonych substancji.

Znane rozwiązania techniczne wymagają wysoko wykwalifikowanego personelu do wytwarzania poszczególnych części cylindra roboczego, co wiąże się również z wysokimi kosztami wytwarzania.

Według wynalazku przykręcany cylinder roboczy poruszany sprężonym czynnikiem zawiera rurę cylindra mieszczącą tłok, która jest połączona z prowadzącą częścią zamykającą i z dolną częścią zamykającą. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że w prowadzącej części zamykającej oraz w dolnej części zamykającej, a także na końcach rury cylindra, są wykonane powierzchnie uszczelniające stanowiące uszczelniające skosy pochylone pod kątem w granicach 6-12°. Na końcach rury cylindra oraz w prowadzącej części zamykającej i w dolnej części zamykającej w pobliżu odpowiednich powierzchni uszczelniających są wykonane gwinty, zaś części zamykające oraz końce rury cylindra stanowiące uszczelniające skosy są

Uszczelniające skosy części zamykających są dociśnięte do odpowiadających im uszczelniających skosów rury cylindra poprzez gwinty.

Korzystnym jest, że powierzchnia uszczelniająca rury cylindra i powierzchnia uszczelniająca wewnętrznego płaszcza rury są umieszczone przy końcach rury cylindra na jej płaszczu zewnętrznym lub wewnętrznym, a przyporządkowane im powierzchnie uszczelniające odpowiednio prowadzącej części zamykającej i dolnej części zamykającej są usytuowane zgodnie z nimi. Powierzchnie uszczelniające prowadzącej części zamykającej i dolnej części zamykającej są wprowadzone na wymiennych wkładkach usytuowanych w położeniu dopasowanym do położenia powierzchni uszczelniającej rury cylindra i powierzchni uszczelniającej wewnętrznego płaszcza rury, przy czym powierzchnia uszczelniająca rury cylindra przechodzi bezpośrednio za podcięciem w zewnętrzny gwint. W prowadzącej części zamykającej i w dolnej części zamykającej za powierzchniami uszczelniającymi przewidziane są wolne i puste przestrzenie, zaś powierzchnie uszczelniające mają wysokość nierówności nie przekraczającą R_z = 0,4 pm.

Zalety wynalazku polegają na tym, że cylinder roboczy nie jest podatny na uszkodzenia przy wysokich ciśnieniach, a ponadto jego wytworzenie jest mniej kosztowne i nie wymaga obróbki skrawaniem. Taki cylinder roboczy nadaje się także do stosowania w czynnikach agresywnych i w przypadku odpowiedniego doboru materiałów nie jest wymagane jego powlekanie ochronne. Przy wykonaniu cylindra roboczego jako elementu prasy śrubowej odpada wykonywanie drogiego połączenia spawanego, a ponadto poprawia się łatwość wymiany zużytych części. Dzięki bezwiórowemu wytwarzaniu powierzchni uszczelniających uzyskuje

182 356 się większy nacisk powierzchniowy na powierzchnie uszczelniające. Produkcja i montaż części są proste i mogą być przeprowadzane przez personel o niższych kwalifikacjach.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój przez przykręcany cylinder roboczy poruszany sprężonym czynnikiem, fig. 2 - wycinek miejsca uszczelnienia X wskazanego na fig. 1, fig. 3 - wycinek miejsca uszczelnienia rury cylindra z gwintem zewnętrznym oraz z uszczelniającą wymienną wkładką, fig. 4 - zakończenie rury cylindra z gwintem wewnętrznym i z wewnętrzną powierzchnią uszczelniającą, fig. 5 - zakończenie rury cylindra z gwintem wewnętrznym i z zewnętrzną powierzchnią uszczelniającą, fig. 6 - zakończenie rury cylindra z gwintem zewnętrznym i z wewnętrzną powierzchnią uszczelniającą, zaś fig. 7 - zakończenie rury cylindra z gwintem zewnętrznym z zewnętrzną powierzchnią uszczelniającą oraz z dodatkowym podcięciem.

Jak przedstawiono na fig. 1, przykręcany cylinder roboczy 1 złożony jest z prowadzącej części zamykającej 2, dolnej części zamykającej 3, rury cylindra 4 i tłoka różnicowego 5 z tłoczyskiem 6. Do uszczelnienia tłoczyska 6 przewidziano zgarniającą uszczelkę 7 i prowadzącą uszczelkę 8. Uszczelnienie pary gwintów 9 odbywa się przez silny osiowy docisk metaliczny powierzchni uszczelniającej 10 prowadzącej części zamykającej lub powierzchni uszczelniającej 11 dolnej części zamykającej z wykonaną z ukośnym ścięciem powierzchnią uszczelniającą 12 rury cylindra na skutek skręcenia prowadzącej części zamykającej 2 i dolnej części zamykającej 3 z rurą cylindra 4, przy czym para gwintów 9 złożona jest z gwintu zewnętrznego 9.1 rury cylindra 4 i gwintu wewnętrznego 9.2 prowadzącej części zamykającej 2. Uruchamianie przykręcanego cylindra roboczego 1 poruszanego sprężonym czynnikiem odbywa się w znany sposób poprzez ciśnieniowe przyłącze 13 cylindra roboczego i odpływowe przyłącze 14 cylindra roboczego. Na fig. 2 objaśniono bliżej wycinek miejsca uszczelnienia X z fig. 1, przy czym w prowadzącej części zamykającej 2 zawarte są wolna przestrzeń 15, pusta przestrzeń 16, powierzchnia uszczelniająca 10 prowadzącej części zamykającej, wolne przestrzenie 17 gwintu, a rura cylindra 4 złożona jest z powierzchni uszczelniającej 12 rury cylindra, z czołowej powierzchni pierścieniowej 18, przy czym prowadząca część zamykająca 2 jest w połączeniu roboczym z rurą cylindra 4 poprzez powierzchnię uszczelniającą 10 prowadzącej części zamykającej i poprzez parę gwintów 9. Aby osiągnąć wystarczające uszczelnienie w stanie pracy, utrzymuje się tak duży docisk, że powierzchnia uszczelniająca 10 prowadzącej części zamykającej, powierzchnia uszczelniająca 11 dolnej części zamykającej (nie pokazano - patrz fig. 1) oraz powierzchnia uszczelniająca 12 rury cylindra mogą nadążać za osiowymi jak również promieniowymi przesunięciami w siatce krystalicznej materiałów zachowując wystarczający docisk powierzchni uszczelniającej 11 dolnej części zamykającej 3 i powierzchni uszczelniającej 12 rury cylindra 4.

W celu zapewnienia niezbędnego dociągnięcia skręcanych części przewidziana jest wolna przestrzeń 15. Czołowa powierzchnia pierścieniowa 18 rury cylindra 4 wchodzi przy tym w pustą przestrzeń 16, która jest równocześnie przeznaczona do umieszczenia w niej kleju 19 o małej lepkości. Równocześnie taki klej 19 może być również wprowadzony w wolne przestrzenie 17 pary 9 gwintów. Para gwintów 9, uszczelniająca powierzchnia 10 prowadzącej części zamykającej 2, uszczelniająca powierzchnia 11 dolnej części zamykającej 3 (nie pokazano - patrz fig. 1) oraz cylindryczne powierzchnie uszczelniające 12 wytwarzane są przez kształtowanie bez skrawania, przez co możliwe jest stosowanie dużych docisków powierzchniowych przy powierzchni uszczelniającej 11 dolnej części zamykającej 3 i powierzchni uszczelniającej 12 rury cylindra 4. Na fig. 3 rura cylindra 4 przedstawiona jest w połączeniu roboczym z prowadzącą częścią zamykającą 2 poprzez wymienną wkładkę 20 i parę gwintów 9, przy czym w wolne przestrzenie 17 gwintów może być wprowadzony w razie potrzeby klej 19 o małej lepkości. Według fig. 4, rura cylindra 4 jest pokazana z wewnętrznym gwintem 21 i powierzchnią uszczelniającą 22 wewnętrznego płaszcza rury.

Jak zostało przedstawione na fig. 5 rura cylindra 4 ma wewnętrzny gwint 21 i powierzchnię uszczelniającą 12 rury cylindra 4, zaś według fig. 6 rura cylindra 4 jest przedstawiona z zewnętrznym gwintem 9.1 i powierzchnią uszczelniającą 22 wewnętrznego płaszcza

182 356 rury. Według fig. 7 rura cylindra 4 jest przedstawiona z zewnętrznym gwintem 9.1 i powierzchnią uszczelniaj ącą 12 rury cylindra 4, przy czym gwint zewnętrzny 9.1 ma podcięcie 23.

Prowadząca część zamykająca 2 i dolna część zamykająca 3 cylindra roboczego 1 są skręcane z rurą cylindra 4, która przy końcach ma skośne ścięcia, które jako powierzchnie uszczelniające 12 rury cylindra są dociskane do powierzchni uszczelniającej 10 prowadzącej części zamykającej 2 i do powierzchni uszczelniającej 11 dolnej części zamykającej 3, przy czym osiowe koncentryczne siły docisku działające na elementy uczestniczące w połączeniu śrubowym są na tyle duże, że pomimo odciążenia powstającego w stanie pracy spowodowanego działania ciśnienia wewnętrznego w cylindrze roboczym, obszar sprężystości materiałów nadal zapewnia właściwy ich docisk do siebie. Aby uzyskać właściwą siłę docisku, która zapewnia szczelne zamknięcie, nie można wyjść poza obszar sprężystości materiałów. Części podlegające ciśnieniu są wykonane ze stopu żelaza, którego składniki stopowe muszą odpowiadać wymaganiom konkretnego zastosowania. Możliwe są zasadniczo cztery wersje wykonania, jak pokazano na fig. 4-7. Każda z tych odmian umożliwia przykładowo wykonanie odpowiedniej powierzchni uszczelniającej 10 w prowadzącej części zamykającej 2 i dolnej części zamykającej 3 jako wymiennej wkładki 20, tak że różnorodność możliwych wykonań rozszerza się o tę liczbę możliwości. Te odmiany wykonania mają specyficzne zalety, które objawiają się w zależności od konkretnego zastosowania. Takie wykonanie cylindra roboczego 1 jako części śrubowej czyni zbędnymi kosztowne połączenia spawane i umożliwia bezproblemowo zastosowanie również innych czynników ciśnieniowych przy odpowiednim wyborze materiałów.

Stosowanie obróbki bezwiórowej ważnych obszarów części dociskowych zapobiega poza tym niepożądanym skupiskom naprężeń w karbie. Zmiany właściwości mechanicznych materiałów części są w związku z tym korzystne, ponieważ występujące przy tym przestawienia krystaliczne prowadzą do zwiększenia sztywności i do zmniejszenia rozszerzalności. W przedmiotowym rozwiązaniu ten efekt powodowany przez proces obróbki powoduje korzystnie zmniejszenie zużycia materiału. Zwiększenie sztywności w sąsiedztwie powierzchni uszczelniającej 10 prowadzącej części zamykającej 2, powierzchni uszczelniającej 11 dolnej części zamykającej 3, powierzchni uszczelniającej 12 rury cylindra 4 i powierzchni uszczelniającej 22 wewnętrznego płaszcza rury umożliwia zwiększenie nacisków powierzchniowych, dzięki czemu można zmniejszyć wymiar promieniowy tych powierzchni uszczelniających. Zależność tego rozwiązania od sposobu wytwarzania części jest uzależniona od działań sił w stanie roboczym. Naprężenie normalne działające na powierzchnię uszczelniającą 10 prowadzącej części zamykającej 2, powierzchnię uszczelniającą 11 dolnej części zamykającej 3, powierzchnię uszczelniającą 12 rury cylindra 4 i powierzchnię uszczelniającą 22 wewnętrznego płaszcza rury musi być duże, ale wydłużenie w sąsiedztwie tych powierzchni uszczelniających małe, aby wewnątrz tego obszaru uszczelnienia zmniejszyć do minimum przesunięcia osiowe i promieniowe części przesuwających się wzajemnie na sobie. Bezwiórowe kształtowanie części uczestniczących w docisku, przynajmniej jednak w sąsiedztwie tych powierzchni uszczelniających 10, 11, 12 i 22 na skutek walcowania gwintu i skosów uszczelniających przy częściach dociskowych powoduje to, że tak ukształtowane części podlegają mniejszemu wydłużeniu w sąsiedztwie powierzchni uszczelniających w swej strukturze materiałowej na skutek przesunięć siatki krystalicznej niż granicząca z nimi normalna struktura krystaliczna części dociskowych, która nie została poddana kształtowaniu bezwiórowemu. Dzięki temu całkowite pożądane wydłużenie zachodzi w obszarze sprężystości stosowanych materiałów, ale właściwości sztywności sprzyjają opisanemu tu procesowi uszczelniania. Wpływ zmiany kształtu, objawiający się jako spęczenie powierzchni uszczelniającej, można w znany sposób przedstawiać za pomocą następującego równania:

Fp^lo , φ ExA gdzie:

Fp - siła działająca na powierzchnię uszczelniającą na skutek skręcenia

182 356

1ο - całkowita długość części uczestniczących w dociskaniu

E - moduł sprężystości

A - dociskana powierzchnia pierścieniowa pochylona pod kątem 8° - powierzchnie (10, 11, 12, 20, 22) φ - współczynnik zmiany kształtu w kierunku działającej siły

Mikrokontury pozostające również przy walcowaniu w powierzchni uszczelniającej 10 prowadzącej części zamykającej 2, w powierzchni uszczelniającej 11 dolnej części zamykającej 3, w powierzchni uszczelniającej 12 rury cylindra 4 i w powierzchni uszczelniającej wewnętrznego płaszcza rury mogą pogarszać uszczelnienie, gdy powstające w tych konturach prądy upływu są pod wyższym ciśnieniem niż ciśnienia docisku przylegających do siebie powierzchni uszczelniających 10, 11, 12, 22. Siła działająca na skutek skręcenia na powierzchnię uszczelniającą 10 prowadzącej części zamykającej 2, na powierzchnię uszczelniającą 11 dolnej części zamykającej 3, na powierzchnię uszczelniającą 12 rury cylindra 4 i na powierzchnię uszczelniającą 22 wewnętrznego płaszcza rury musi zatem spełniać następującą zależność obliczeniową:

Fp > [D++2(s-2)² x 0,885)]p_B χ υ gdzie:

Pb - ciśnienie robocze w cylindrze roboczym

Dk - ś^ie^cir^.ic^a tlok^a cylindra robocze go s - grubość ścianki rury cylindra u i współczymiik bezpieczeństwa

Odpowiednia zależność w obszarze sprężystości wyrażona jest wtedy przez następujące równanie:

(e + 1)xExA- > _fD_{k + 2} (_s-2)² x 0,785] p_B x X lo

W celu uniknięcia poluzowania skręconych części we wszystkich odmianach wykonania, w wolne przestrzenie 17 gwintów i w wolną przestrzeń 18 na wprowadzenie osiowo wchodzącej rury cylindra 4 można wprowadzić klej 19 o małej lepkości. Aby móc zapewnić trwałe i szczelne skręcenie, pusta przestrzeń 16 do przyjęcia rury cylindra 4 ma wystarczające tolerancje długości. Wytwarzanie bezwiórowe powierzchni uszczelniających spełnia warunek:

Rz < 0,4 pm

Moduł sprężystości materiałów, które nadają się do łączenia bez uszczelnienia, w zakresie temperatury 0-200°C ma wartość w granicach od 60 do 280x10³ N/mm2+10%. Graniczne obciążenie jest przy tym określone poprzez graniczne wydłużenie stosowanych materiałów, które w wypadku tego rozwiązania wynosi 200-1080 N/mm², w zależności od właściwości stosowanego materiału. Bezwzględnie istotne jest utrzymywanie obciążeń w tych wartościach granicznych, aby zapewnić tę zasadę rozwiązania.

Obowiązuje przy tym równanie:

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Przykręcany cylinder roboczy poruszany sprężonym czynnikiem, zawierający rurę cylindra mieszczącą tłok połączoną z prowadzącą częścią zamykającą i z dolną częścią zamykającą, znamienny tym, że w prowadzącej części zamykającej (2) oraz w dolnej części zamykającej (3), a także na końcach rury cylindra (4), są wykonane powierzchnie uszczelniające (10, 11, 12, 22) stanowiące uszczelniające skosy pochylone pod kątem w granicach 6-12°, przy czym na końcach rury cylindra (4) oraz w prowadzącej części zamykającej (2) i w dolnej części zamykającej (3) w pobliżu odpowiednich powierzchni uszczelniających (10, 11, 12, 22) są wykonane gwinty (9, 9.1, 9.2), zaś części zamykające (2, 3) oraz końce rury cylindra (4) stanowiące uszczelniające skosy są wykonane z materiału o module sprężystości w zakresie 60 do 250x10³ N/mm² ± 10% i obciążeniu granicznym pomiędzy 200 N/iW a 1050 N/mm2 w zakresie temperatur od 0°C do 200°C, przy czym uszczelniające skosy części zamykających (2, 3) są dociśnięte do odpowiadających im uszczelniających skosów rury cylindra (4) poprzez gwinty (9, 9.1, 9.2).
2. Przykręcany cylinder według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia uszczelniająca (12) rury cylindra (4) i powierzchnia uszczelniająca (22) wewnętrznego płaszcza rury są umieszczone przy końcach rury cylindra (4) na jej płaszczu zewnętrznym lub wewnętrznym, a przyporządkowane im powierzchnie uszczelniające (10, 11) odpowiednio prowadzącej części zamykającej (2) i dolnej części zamykającej (3) są usytuowane zgodnie z nimi.
3. Przykręcany cylinder według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że powierzchnia uszczelniająca (10) prowadzącej części zamykającej (2) i powierzchnia uszczelniająca (11) dolnej części zamykającej (3) są wprowadzone na wymiennych wkładkach (20) usytuowanych w położeniu dopasowanym do położenia powierzchni uszczelniającej (12) rury cylindra (4) i powierzchni uszczelniającej (22) wewnętrznego płaszcza rury.
4. Przykręcany cylinder według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że powierzchnia uszczelniająca (12) rury cylindra (4) przechodzi bezpośrednio za podcięciem (23) w zewnętrzny gwint (9.1).
5. Przykręcany cylinder według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w prowadzącej części zamykającej (2) i w dolnej części zamykającej (3) za powierzchnią uszczelniającą, (10, 11) i za powierzchnią uszczelniającą (12) przewidziana jest wolna przestrzeń (15) i pusta przestrzeń (16).
6. Przykręcany cylinder według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie uszczelniające (10, 11,12, 22) mają wysokość nierówności nie przekraczającą R_z = 0,4 pm.

Wynalazek dotyczy przykręcanego cylindra roboczego poruszanego sprężonym czynnikiem, z częściami zamykającymi do sprzężenia rury cylindra, który nadaje się do stosowania w dziedzinie przenoszenia energii za pomocą sprężonych czynników ciekłych lub gazowych, w szczególności przy czynnikach agresywnych występujących pod wysokim ciśnieniem.

Znane są przykręcane, uruchamiane sprężonym czynnikiem cylindry robocze według opisu patentowego DE 1921543, zwłaszcza hydrauliczne tłoki różnicowe lub tłoki nurnikowe, których rura cylindra, przyjmująca co najmniej jeden tłok, jest wyposażona w przewidziane przy części dolnej lub górnej części zamykające, które są nakręcane na zewnętrzny gwint rury cylindra i szczelnie zamykane przez pierścieniową uszczelkę usytuowaną przy gwincie wewnętrznym.