RU2555095C1

RU2555095C1 - Hydrocylinder with movable piston part

Info

Publication number: RU2555095C1
Application number: RU2014107172/06A
Authority: RU
Inventors: Шахбуба Магомедкеримович Мерданов; Виталий Валерьевич Конев; Дмитрий Михайлович Бородин; Егор Викторович Половников
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-07-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: hydrocylinder comprises a casing, a rod cavity and a rodless cavity which are formed by coupled piston and rod. A double piston is divided into a movable part and a fixed part and is fitted by passage ports in every part. A remote electromagnetic turning mechanism affecting the movable piston part is built-in in the hydrocylinder rod. In the open position the passage ports of the movable piston part match the passage ports of the fixed piston part due to the operation of the turning mechanism. In the closed position the movable part is turned by such an angle that provides for closing of the passage ports of the fixed part, simultaneously the passage ports of the movable part are closed by the fixed part of the double piston.

EFFECT: reduced time for heat pretreatment of a hydraulic drive.

3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидроприводу машин, работающих в полевых условиях, в частности к гидроцилиндрам.The invention relates to mechanical engineering, namely to hydraulic drive of machines operating in the field, in particular to hydraulic cylinders.

Опыт эксплуатации машин в условиях низких отрицательных температур, а также анализ статистических данных показывает, что около 70% всех отказов приходится на узлы и детали гидропривода [Мерданов Ш.М. и др. Исследование и разработка системы тепловой подготовки гидропривода строительно-дорожных машин // «Строительные и дорожные машины», 2013, №1], что объясняется возрастанием вязкости рабочей жидкости за время стоянки машин. Работа гидропривода машин, работающих в полевых условиях, обеспечивается при разогреве рабочей жидкости, а следовательно, при снижении вязкости.The experience of operating machines in conditions of low negative temperatures, as well as the analysis of statistical data shows that about 70% of all failures occur in components and parts of the hydraulic drive [Merdanov Sh.M. et al. Research and development of a thermal preparation system for the hydraulic drive of building and road machines // "Construction and road machines", 2013, No. 1], which is explained by an increase in the viscosity of the working fluid during parking. The hydraulic drive of machines operating in the field is ensured by heating the working fluid, and therefore, with a decrease in viscosity.

Разогрев рабочей жидкости осуществляется как от внешних источников тепла, так и прямым дросселированием [Каверзин С.В. Работоспособность гидравлического привода самоходных машин при низких температурах. Красноярск: Издательство Красноярского университета, 1986]. Дросселирование заключается в перекачивании рабочей жидкости из гидробака по напорному трубопроводу через насос, дроссель или другое гидравлическое сопротивление обратно в гидробак. При этом способе разогрева тепло от трения подвижных частей вышеуказанных элементов гидропривода передается рабочей жидкости - маслу. Однако при таком способе разогрева рабочей жидкости происходит повышенный износ подвижных частей насоса, дросселя, а также трубопроводов. В начале работы гидропривод работает под большими нагрузками. Кроме того, разогретая рабочая жидкость из гидробака при направлении ее к элементам гидропривода, не участвующим в дросселировании, быстро остывает, что снижает эффективность разогрева.The heating of the working fluid is carried out both from external sources of heat and direct throttling [Kaverzin S.V. The operability of the hydraulic drive of self-propelled machines at low temperatures. Krasnoyarsk: Publishing House of the Krasnoyarsk University, 1986]. Throttling consists in pumping the working fluid from the hydraulic tank through a pressure pipe through a pump, throttle or other hydraulic resistance back to the hydraulic tank. With this method of heating, heat from friction of the moving parts of the above hydraulic drive elements is transferred to the working fluid - oil. However, with this method of heating the working fluid, increased wear of the moving parts of the pump, throttle, and also pipelines occurs. At the beginning of operation, the hydraulic drive operates under heavy loads. In addition, the heated working fluid from the hydraulic tank when it is directed to the hydraulic drive elements that are not involved in throttling cools quickly, which reduces the heating efficiency.

Для обеспечения безотказной работы машины также оснащаются системами тепловой подготовки гидропривода.To ensure trouble-free operation, the machines are also equipped with hydraulic preparation systems for hydraulic drives.

В работе [Карнаухов Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. - М.: Недра, 1994, с.352] рассматривается система утилизации тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания машины. В гидробак этой системы встроен теплообменник. Горячие газы, проходя через него, нагревают его стенки, которые в свою очередь передают тепло рабочей жидкости, находящейся в гидробаке.In the work [Karnaukhov N.N. Adaptation of construction vehicles to the conditions of the Russian North and Siberia. - M .: Nedra, 1994, p. 352] the system of heat recovery of exhaust gases of an internal combustion engine of a machine is considered. A heat exchanger is integrated in the hydraulic tank of this system. Hot gases passing through it heat its walls, which in turn transfer the heat of the working fluid in the hydraulic tank.

Недостатком такой системы является отсутствие прогрева гидродвигателя (гидроцилиндра).The disadvantage of this system is the lack of heating of the hydraulic motor (hydraulic cylinder).

Системы тепловой подготовки [Мерданов Ш.М. и др. Исследование и разработка системы тепловой подготовки гидропривода строительно-дорожных машин // «Строительные и дорожные машины», 2013, №1] разогревают рабочую жидкость или корпуса гидроаппаратуры. Функционирование указанных систем связано со значительным расходом энергии (как от внутренних, так и внешних источников тепла), количество которой для мобильных машин, работающих в полевых условиях, ограниченно. Особенно в условиях автономного функционирования машин в районах Крайнего Севера или приравненных к ним районах, вдали от баз механизации, где отсутствуют постоянные источники тепловой, электрической энергии и теплые помещения.Thermal preparation systems [Merdanov Sh.M. et al. Research and development of a thermal preparation system for the hydraulic drive of construction-road machines // "Construction and road machines", 2013, No. 1] heat the working fluid or hydraulic equipment housings. The functioning of these systems is associated with a significant energy consumption (both from internal and external sources of heat), the amount of which is limited for mobile machines operating in the field. Especially in conditions of autonomous functioning of machines in the Far North or equivalent areas, away from mechanization bases, where there are no permanent sources of thermal, electric energy and warm rooms.

Известна система предпусковой тепловой подготовки ДВС и гидропривода машин [Патент РФ №2258153, МПК F02N 17/06, опубл. 2005], состоящая из контура тепловой подготовки двигателя и контура тепловой подготовки гидропривода. Контур тепловой подготовки гидропривода включает в себя гидробак с теплообменником для разогрева масла, тепловой аккумулятор, насос-гидрораспределитель, гидроцилиндр, причем штоковая и бесштоковая полости гидроцилиндра соединены дополнительной гидролинией с вентилем. Указанная особенность позволяет повысить скорость тепловой подготовки как двигателя машины, так и гидропривода после длительной стоянки в условиях низких температур окружающего воздуха. Технический результат реализуется путем прямого перетекания разогретой в гидробаке рабочей жидкости (от теплообменника и теплового аккумулятора) по дополнительной гидролинии, соединяющей штоковую и бесштоковую полости гидроцилиндра. Открытый вентиль дополнительной гидролинии позволяет разогретому маслу свободно перетекать по полостям гидроцилиндра, что сокращает время на разогрев элементов гидропривода.A known system of pre-start thermal preparation of the internal combustion engine and hydraulic drive of machines [RF Patent No. 2258153, IPC F02N 17/06, publ. 2005], consisting of a thermal preparation circuit for the engine and a thermal preparation circuit for the hydraulic drive. The thermal preparation circuit of the hydraulic actuator includes a hydraulic tank with a heat exchanger for heating oil, a heat accumulator, a hydraulic distributor pump, a hydraulic cylinder, and the rod and rodless cavities of the hydraulic cylinder are connected by an additional hydraulic line to the valve. This feature allows you to increase the speed of thermal preparation of both the engine of the machine and the hydraulic drive after prolonged parking at low ambient temperatures. The technical result is realized by direct overflow of a working fluid warmed up in a hydraulic tank (from a heat exchanger and a heat accumulator) through an additional hydraulic line connecting the rod and rodless cavities of the hydraulic cylinder. An open valve of the additional hydraulic line allows the heated oil to flow freely over the cavities of the hydraulic cylinder, which reduces the time for heating the hydraulic drive elements.

Недостатком указанной конструкции является наличие дополнительной, вынесенной на поверхность гидроцилиндра гидролинии с вентилем. Указанная линия является как дополнительным гидравлическим сопротивлением, так и потребителем (рассеивателем) тепла разогретого масла.The disadvantage of this design is the presence of an additional, made to the surface of the hydraulic cylinder hydraulic lines with a valve. The specified line is both an additional hydraulic resistance and a consumer (diffuser) of heat of the heated oil.

Известен гидроцилиндр [Патент РФ №2351810, МПК F15B 21/04, опубл. 2009], содержащий корпус, штоковую и бесштоковую полости, которые образуются посредством соединенных поршня и штока. Поршень содержит проходной канал произвольного сечения. В шток гидроцилиндра встроен дистанционно управляемый клапан, воздействующий на втулку. Втулка также содержит проходной канал произвольного сечения. Причем канал поршня совмещается с каналом втулки при срабатывании клапана.Known hydraulic cylinder [RF Patent No. 2351810, IPC F15B 21/04, publ. 2009], comprising a housing, a rod and rodless cavity, which are formed by means of a connected piston and rod. The piston contains a passage channel of arbitrary section. A remote-controlled valve acting on the sleeve is integrated in the hydraulic cylinder rod. The sleeve also contains a passage channel of arbitrary section. Moreover, the piston channel is combined with the bushing channel when the valve is activated.

При разогреве гидропривода включается дистанционно управляемый клапан, перемещая втулку таким образом, чтобы ее проходной канал совпал с проходным каналом поршня. Разогретая рабочая жидкость из гидробака подается в одну из полостей гидроцилиндра, проходит через проходной канал в другую полость. При этом перемещение соединенного с поршнем штока становится невозможным. Тем самым обеспечивается продолжение процесса разогрева гидропривода.When heating the hydraulic actuator, a remote-controlled valve is turned on, moving the sleeve so that its passage channel coincides with the passage channel of the piston. The heated working fluid from the hydraulic tank is fed into one of the cavities of the hydraulic cylinder, passes through the passage channel into the other cavity. In this case, the movement of the rod connected to the piston becomes impossible. This ensures the continuation of the heating process of the hydraulic drive.

После завершения цикла разогрева гидропривода дистанционно управляемый клапан перемещает втулку, закрывая проходной канал. При закрытом канале рабочая жидкость действует непосредственно на поршень, перемещая его в корпусе гидроцилиндра. Работа разогретого гидропривода начинается.After completion of the heating cycle of the hydraulic actuator, a remotely controlled valve moves the sleeve, closing the passage channel. With a closed channel, the working fluid acts directly on the piston, moving it in the cylinder body. The operation of the heated hydraulic drive begins.

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность клапана, установленного в штоке гидроцилиндра, который в условиях повышенной вязкости рабочей жидкости и высоких давлениях не обеспечит работоспособность конструкции.The disadvantage of this design is the low reliability of the valve installed in the stem of the hydraulic cylinder, which under conditions of increased viscosity of the working fluid and high pressures will not ensure the operability of the structure.

Задачей, на решение который направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности и сокращение затрат ресурсов на разогрев гидропривода машин, работающих в полевых условиях при низких отрицательных температурах, путем совершенствования конструкции гидроцилиндра.The problem to which the claimed technical solution is directed is to increase the reliability and reduce the cost of resources for heating the hydraulic drive of machines operating in the field at low negative temperatures, by improving the design of the hydraulic cylinder.

Технический результат предлагаемой конструкции гидроцилиндра заключается в снижении потерь тепловой энергии разогретого от внутренних и внешних источников тепла рабочей жидкости гидропривода.The technical result of the proposed design of the hydraulic cylinder is to reduce the loss of thermal energy of the hydraulic fluid heated from internal and external sources of heat.

Указанный технический результат достигается тем, что гидроцилиндр имеет двойной поршень, состоящий из подвижной 6 и неподвижной 7 частей и шток 5 с любым общеизвестным электроприводным механизмом поворота, например со встроенным электромагнитным поворотным механизмом 4, управляемым дистанционно, выполнен с возможностью ручного управления (время прогрева зависит от температуры окружающей среды и от времени, прошедшего с последнего рабочего цикла гидроцилиндра) или автоматического (с использованием термопар, расположенных в корпусе гидроцилиндра) и проходными отверстиями в подвижной 6 и неподвижной 7 частях, которые в открытом положении (совпадение проходных отверстий подвижной 6 и неподвижной 7 частей) при разогреве гидропривода совмещают штоковую 2 и бесштоковую 3 полости, в каждой полости имеются отверстия для забора гидравлической жидкости из гидробака (на фиг. не обозначен).The specified technical result is achieved in that the hydraulic cylinder has a double piston, consisting of a movable 6 and a fixed 7 parts and a rod 5 with any well-known electric drive rotation mechanism, for example with a built-in electromagnetic rotary mechanism 4, remotely controlled, made with the possibility of manual control (warm-up time depends from the ambient temperature and from the time that has passed since the last working cycle of the hydraulic cylinder) or automatic (using thermocouples located in the body of the guide cylinder) and through-holes in the movable 6 and fixed 7 parts, which in the open position (matching the through-holes of the movable 6 and the stationary 7 parts) when heating the hydraulic actuator combine rod 2 and rodless 3 cavities, in each cavity there are holes for collecting hydraulic fluid from the hydraulic tank (not indicated in FIG.).

Сокращение затрат ресурсов на разогрев реализуется перемещением разогретой рабочей жидкости из одной полости гидроцилиндра в другую и далее по элементам гидропривода без потерь в дополнительных соединениях или сопряжениях, и сохранение поверхностного внутреннего слоя гидроцилиндра от перемещения в нем поршня, в холодной гидравлической жидкости.Reducing the cost of resources for heating is realized by moving the heated working fluid from one cavity of the hydraulic cylinder to another and further along the hydraulic drive elements without loss in additional connections or interfaces, and maintaining the surface inner layer of the hydraulic cylinder from moving the piston in it, in cold hydraulic fluid.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид гидроцилиндра в разрезе; на фиг.2 разрез А-А, фиг.1, при закрытом положении (проходные отверстия подвижной 6 и неподвижной 7 частей не совпадают, штоковая 2 и бесштоковая 3 полости разъединены); на фиг.3 разрез А-А, фиг.1 при открытом положении (проходные отверстия подвижной 6 и неподвижной 7 частейи совпадают, образуя каналы, соединяющие штоковую 2 и бесштоковую 3 полости).The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the hydraulic cylinder in section; in Fig. 2, section AA, Fig. 1, in the closed position (the passage openings of the movable 6 and the stationary 7 parts do not match, the rod 2 and rodless 3 cavities are disconnected); figure 3 section aa, figure 1 when the position is open (the through holes of the movable 6 and the stationary 7 parts coincide, forming channels connecting the rod 2 and rodless 3 cavity).

Предлагаемый гидроцилиндр (фиг.1) содержит корпус 1, штоковую 2 и бесштоковую 3 полости, которые разделены двойным поршнем, соединенным со штоком 5. Двойной поршень состоит из подвижной 6 и неподвижной 7 частей, каждая из которых имеет проходные отверстия круглого сечения. В шток 5 гидроцилиндра встроен дистанционно управляемый электромагнитный поворотый механизм 4, воздействующий на подвижную 6 часть двойного поршня. Причем проходные отверстия в подвижной 6 части поршня совмещаются с аналогичными отверстиями в неподвижной 7 части двойного поршня при срабатывании электромагнитного поворотного механизма 4.The proposed hydraulic cylinder (Fig. 1) contains a housing 1, a rod 2 and a rodless 3 cavity, which are separated by a double piston connected to the rod 5. The double piston consists of a movable 6 and a fixed 7 parts, each of which has passage holes of circular cross section. A remotely controlled electromagnetic rotary mechanism 4 is built into the rod 5 of the hydraulic cylinder, acting on the movable 6 part of the double piston. Moreover, the bore holes in the movable 6 part of the piston are combined with similar holes in the stationary 7 part of the double piston when the electromagnetic rotary mechanism 4 is triggered.

Гидроцилиндр работает следующим образом.The hydraulic cylinder operates as follows.

При разогреве гидропривода включается дистанционно управляемый электромагнитный поворотный механизм 4. При этом поворачивается (на фиг.2 направление движения показано стрелкой) подвижная 6 часть двойного поршня таким образом, чтобы ее проходные отверстия совпали с проходными отверстиями неподвижной 7 части двойного поршня. Разогретая рабочая жидкость из гидробака (на фиг.1 не показан) подается в одну из полостей гидроцилиндра, например, в штоковую 2. Взаимодействуя с холодной жидкостью, разогретая рабочая жидкость вытесняет ее из гидроцилиндра через отверстие для подачи гидравлической жидкости в бесштоковой полости 3, проходя через каналы, образованные совпадением проходных отверстий подвижной 6 и неподвижной 7 частей в двойном поршне. При этом перемещение соединенного с двойным поршнем штока 5 становится невозможным. Движение разогретой рабочей жидкости из одной полости в другую обеспечивает теплообмен с корпусом 1, штоком 5, двойным поршнем, электромагнитным поворотным механизмом 4 и далее, по выходу из гидроцилиндра, по элементам гидропривода. Тем самым обеспечивается продолжение процесса разогрева гидропривода.When heating the hydraulic actuator, a remotely controlled electromagnetic rotary mechanism 4 is turned on. In this case, the moving 6 part of the double piston is rotated (in Fig. 2, the direction of the arrow) so that its passage openings coincide with the passage openings of the stationary 7 part of the double piston. The heated working fluid from the hydraulic tank (not shown in FIG. 1) is supplied to one of the hydraulic cylinder cavities, for example, to the rod 2. Interacting with the cold fluid, the heated working fluid displaces it from the hydraulic cylinder through the hole for supplying hydraulic fluid to the rodless cavity 3, passing through the channels formed by the coincidence of the through holes of the movable 6 and the stationary 7 parts in a double piston. In this case, the movement of the rod 5 connected to the double piston becomes impossible. The movement of the heated working fluid from one cavity to another provides heat exchange with the housing 1, rod 5, a double piston, an electromagnetic rotary mechanism 4 and further, at the exit from the hydraulic cylinder, along the hydraulic drive elements. This ensures the continuation of the heating process of the hydraulic drive.

После завершения цикла разогрева гидросистемы электромагнитный поворотный механизм 4 поворачивает подвижную 6 часть двойного поршня, тем самым закрывая проходные отверстия путем перекрытия проходных отверстий неподвижной 7 части подвижной 6 частью, и наоборот. При закрытом положении рабочая жидкость действует непосредственно на двойной поршень, перемещая его в корпусе 1 гидроцилиндра. Этим задается рабочий режим гидроцилиндра.After completion of the heating cycle of the hydraulic system, the electromagnetic rotary mechanism 4 rotates the movable 6 part of the double piston, thereby closing the passage openings by blocking the passage openings of the stationary 7 part of the movable 6 part, and vice versa. In the closed position, the working fluid acts directly on the double piston, moving it in the housing 1 of the hydraulic cylinder. This sets the operating mode of the hydraulic cylinder.

Применение указанной конструкции гидроцилиндра позволяет повысить надежность гидроцилиндра и ускорить процесс тепловой подготовки гидропривода (как при дросселировании, так и от внутренних и внешних источников энергии), поскольку большее число элементов участвует в теплообмене.The use of the indicated design of the hydraulic cylinder allows to increase the reliability of the hydraulic cylinder and accelerate the process of thermal preparation of the hydraulic drive (both during throttling and from internal and external energy sources), since a larger number of elements are involved in heat transfer.

Теплообмен между рабочей жидкостью и элементами гидропривода позволяет обеспечить повышение ресурса машины, работающей при низких отрицательных температурах.Heat transfer between the working fluid and the hydraulic drive elements allows to increase the life of the machine operating at low negative temperatures.

Claims

A hydraulic cylinder containing a housing made with the formation of a rod and rodless cavities separated by a piston with a rod, characterized in that the piston consists of a movable and fixed parts with passage holes, a rotation mechanism is installed in the piston rod, moreover, said passage holes are made so that when triggering the rotation mechanism, channels are formed, with the passage holes of the moving and stationary parts coinciding, connecting the rod and rodless cavities of the hydraulic cylinder for the passage of the working fluid STI from one cavity to another.