RU2176340C2

RU2176340C2 - Hydropneumatic cylinder

Info

Publication number: RU2176340C2
Application number: RU98109617A
Authority: RU
Original assignee: Бычков Владимир Всеволодович
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 2001-11-27

Abstract

FIELD: machine engineering, namely conversion of working fluid pressure to rod effort. SUBSTANCE: hydropneumatic cylinder includes concentrically arranged contact rings moving independently one from another and supported by means of ribs; elastic member secured to body. Elastic member engages without gap with single-side cylindrical recess, with toroidal and flat working surfaces of contact rings. EFFECT: increased service life period of cylinder. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено, в частности, для преобразования давления рабочей среды (жидкости, воздуха) в усилие штока без ее потерь за определенное число циклов нагружений. The invention relates to the field of engineering and is intended, in particular, to convert the pressure of the working medium (liquid, air) into the force of the rod without its losses for a certain number of loading cycles.

Известен ближайший аналог (прототип) заявленного изобретения, как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков. Данный аналог представляет собой гидропневмоцилиндр, содержащий подпорный элемент 9 в виде спирали 10, опирающейся на подвижные 14 и неподвижные 15 выступы, воспринимающие давление рабочей среды (патент Франции N 2474128, МПК F 16 J 3/02, 1985). The closest analogue (prototype) of the claimed invention is known, as the closest to it in the aggregate of essential features. This analogue is a hydropneumatic cylinder containing a retaining element 9 in the form of a spiral 10, based on movable 14 and fixed 15 protrusions that receive pressure of the working medium (French patent N 2474128, IPC F 16 J 3/02, 1985).

Недостатком этого цилиндра является пониженная прочностная, по сравнению с заявленным, способность упругого элемента 4 воспринимать воздействие рабочей среды, вследствие того, что в любом среднем положении штока 13 происходит знакопеременный изгиб материала мембраны 4. Кроме того, при перемещении штока 13 зазоры между цилиндрическими контактными поверхностями 19 увеличиваются из-за кривизны поверхности, что при изменении ее исходной формы (положения) приводит к радиальному удлинению материала мембраны. Последнее вызывает дополнительные растягивающие напряжения, что также снижает ее прочностные параметры и вызывает преждевременный выход из строя цилиндра. The disadvantage of this cylinder is the reduced strength, in comparison with the claimed, the ability of the elastic element 4 to perceive the impact of the working environment, due to the fact that in any middle position of the rod 13 there is an alternating bending of the membrane material 4. In addition, when moving the rod 13, the gaps between the cylindrical contact surfaces 19 increase due to the curvature of the surface, which, when changing its initial shape (position), leads to a radial elongation of the membrane material. The latter causes additional tensile stresses, which also reduces its strength parameters and causes premature failure of the cylinder.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение срока службы цилиндра. The problem to which the invention is directed, is to increase the life of the cylinder.

Техническим результатом изобретения является уменьшение внутренних напряжений материала упругого элемента путем компенсации силового воздействия рабочей среды и увеличение срока службы цилиндра. The technical result of the invention is to reduce the internal stresses of the material of the elastic element by compensating for the force impact of the working medium and increasing the life of the cylinder.

Упомянутая задача достигается тем, что гидропневмоцилиндр содержит концентрически установленные контактные кольца как с односторонней цилиндрической выемкой на тороидальной рабочей поверхности, так и с плоской рабочей поверхностью, перемещающиеся независимо друг от друга, и опирающиеся на подвижные подпорные ребра; упругий элемент (гофрированная мембрана) неподвижно прикреплен к корпусу, при этом под давлением рабочей среды упругий элемент плотно (без зазоров) прилегает как к односторонней цилиндрической выемке, так и к тороидальной и плоской рабочим поверхностям контактных колец при любом положении штока. The mentioned task is achieved in that the hydropneumatic cylinder contains concentrically mounted contact rings with a one-sided cylindrical recess on the toroidal working surface, and with a flat working surface, moving independently from each other, and resting on movable retaining ribs; the elastic element (corrugated membrane) is fixedly attached to the body, while under the pressure of the working medium, the elastic element fits tightly (without gaps) both on a one-sided cylindrical recess and on the toroidal and flat working surfaces of the contact rings for any position of the rod.

Получение технического результата изобретения возможно только за счет применения контактных колец как с односторонней цилиндрической выемкой на тороидальной рабочей поверхности, так и с плоской рабочей поверхностью, что позволяет упругому элементу беззазорно передавать на кольца воздействие рабочей среды при любой величине деформации мембраны и тем самым исключить возникновение дополнительных внутренних напряжений в материале упругого элемента. Obtaining the technical result of the invention is possible only through the use of contact rings with both a one-sided cylindrical recess on the toroidal working surface and with a flat working surface, which allows the elastic element to transfer the influence of the working medium without any gap at any value of membrane deformation and thereby eliminate the occurrence of additional internal stresses in the material of the elastic element.

На фиг. 1 представлен гидропневмоцилиндр. In FIG. 1 shows a hydropneumatic cylinder.

На фиг. 2 представлено взаимодействие опорных ребер 2 с корпусом 1 и штоком 3. In FIG. 2 shows the interaction of the support ribs 2 with the housing 1 and the stem 3.

На фиг. 3 представлено взаимодействие упругого элемента 6 с контактными кольцами тороидальной 4 и плоской 5 рабочими поверхностями. In FIG. 3 shows the interaction of the elastic element 6 with the contact rings of the toroidal 4 and flat 5 working surfaces.

Цилиндр содержит корпус 1 с крышкой 7, подпорные ребра 2, шток 3, замкнутые контактные кольца 4 и 5, упругий элемент 6. Контактные кольца по форме рабочих поверхностей выполнены тороидальными 4 и плоскими 5. Тороидальные контактные кольца 4 имеют одностороннюю выемку 8 цилиндрической (в плане) формы, тороидальную поверхность 9 радиуса R и опорную поверхность 10 произвольной формы, например также тороидальную радиуса r, взаимодействующую с ответной поверхностью подпорных ребер 2. Плоские контактные кольца 5 с рабочей поверхностью 11 шириной L могут иметь опорную поверхность 12 аналогичной с тороидальными кольцами формы. Упругий элемент 6 по периметру закреплен на корпусе 1 крышкой 7 неподвижно, и его профиль (гофрировка) совпадает с рабочими поверхностями контактных колец 4 и 5 при любом положении штока 3. The cylinder contains a housing 1 with a cover 7, retaining ribs 2, a rod 3, closed contact rings 4 and 5, an elastic element 6. The contact rings are shaped toroidal 4 and flat 5. The toroidal contact rings 4 have a one-sided recess 8 of a cylindrical (in plan) of the shape, a toroidal surface 9 of radius R and a supporting surface 10 of arbitrary shape, for example also a toroidal radius r, interacting with the counter surface of the retaining ribs 2. Flat contact rings 5 with a working surface 11 of width L can have a supporting surface 12 similar in shape to the toroidal rings. The elastic element 6 around the perimeter is fixed to the housing 1 by the cover 7 motionless, and its profile (corrugation) coincides with the working surfaces of the contact rings 4 and 5 at any position of the rod 3.

Число и форма (H, R, L) тороидальных и плоских контактных колец определяется из условия статической и циклической прочности упругого элемента. Подпорные ребра 2 установлены подвижно беззазорно в корпусе 1 и штоке 3 так, что ось симметрии штока может совпадать с осью симметрии корпуса. The number and shape (H, R, L) of toroidal and flat contact rings is determined from the condition of the static and cyclic strength of the elastic element. The retaining ribs 2 are mounted movably gapless in the housing 1 and the stem 3 so that the axis of symmetry of the rod can coincide with the axis of symmetry of the housing.

Цилиндр работает следующим образом. The cylinder works as follows.

При подаче рабочей среды под давлением в полость А упругий элемент 6 деформируется в следствие перемещения штока 3, оставаясь по периметру закрепленным на корпусе 1 крышкой 7. При этом давление рабочей среды передается на контактные кольца 4 и 5 через упругий элемент 6, которые в свою очередь передают усилия на подпорные ребра 2, шарнирно связанные с корпусом 1 и штоком 3. Взаимное положение колец 4 и 5 в процессе перемещения штока 3 позволяет упругому элементу 6 обжимать тороидальную 9 и плоскую 11 поверхности контактных колец 4 и 5 без радиального удлинения за счет изменения своей формы. Кроме того, изменение формы упругого элемента 6 происходит без зазоров с рабочими поверхностями колец 4 и 5 только за счет знакопостоянного изгиба его цилиндрической поверхности 13 в сторону тороидальной 9 по мере уменьшения высоты H. В свою очередь, тороидальная поверхность 9 радиуса R контактных колец 4 обеспечивает упругому элементу 6 возможность беззазорного проскальзывания по этой поверхности. При этом прямоугольная форма 14 упругого элемента 6 в местах контакта с плоскими кольцами 5 сохраняется при любом положении штока 3, что предотвращает радиальное удлинение упругого элемента 6. When the fluid is supplied under pressure into the cavity A, the elastic element 6 is deformed due to the movement of the rod 3, remaining around the perimeter fixed on the housing 1 by the cover 7. In this case, the pressure of the working medium is transmitted to the contact rings 4 and 5 through the elastic element 6, which in turn the forces are transmitted to the retaining ribs 2, pivotally connected to the housing 1 and the stem 3. The mutual position of the rings 4 and 5 during the movement of the rod 3 allows the elastic element 6 to compress the toroidal 9 and flat 11 surfaces of the contact rings 4 and 5 without radial extension by changing its shape. In addition, the shape change of the elastic element 6 occurs without gaps with the working surfaces of the rings 4 and 5 only due to the sign-constant bending of its cylindrical surface 13 towards the toroidal 9 with decreasing height H. In turn, the toroidal surface 9 of the radius R of the contact rings 4 provides the elastic element 6 the possibility of gapless slipping on this surface. In this case, the rectangular shape 14 of the elastic element 6 at the points of contact with the flat rings 5 is maintained at any position of the rod 3, which prevents radial extension of the elastic element 6.

Claims

A hydropneumatic cylinder containing concentrically mounted contact rings that move independently from each other and supported by retaining ribs, an elastic element attached to the body, characterized in that the elastic element interacts with one-sided cylindrical recess, toroidal and flat working surfaces of the contact rings.