RU2559079C1

RU2559079C1 - Hydraulic cylinder with outline

Info

Publication number: RU2559079C1
Application number: RU2014120107/02A
Authority: RU
Inventors: Шахбуба Магомедкеримович Мерданов; Виталий Валерьевич Конев; Денис Владимирович Райшев; Руслан Ильдусович Саудаханов
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-08-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: hydraulic cylinder contains casing, separated by the piston with rod to rod and rodless cavities, with supplies having separating partition. The supplies have supply nozzles and bypass pipelines, connected with each other via the valves to align the cavities of the hydraulic cylinder during heating and disconnection during the hydraulic cylinder operation.

EFFECT: reduced losses of heat energy of the hydraulic drive heated by internal and external heat sources of work liquid.

1 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, что объясняется возрастанием вязкости охладившейся за время стоянки рабочей жидкости. Работа гидропривода машин, работающих в полевых условиях, разрешается при разогреве рабочей жидкости, а следовательно, при снижении вязкости.The experience of operating machines in low negative temperatures, as well as the analysis of statistical data, shows that about 70% of all failures occur in units and parts of the hydraulic drive, which is explained by an increase in the viscosity of the working fluid cooled during the standstill. The hydraulic drive of machines operating in the field is allowed when the fluid is heated, and therefore, when the viscosity is reduced.

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: Из-во 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. Кроме того, разогретая рабочая жидкость из гидробака при направлении ее к элементам гидропривода, не участвующих 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: From 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. 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 [Каверзин С.В. и др. Разогрев рабочей жидкости в гидроприводе самоходных машин // «Строительные и дорожные машины», 1983, №11], которые также разогревают рабочую жидкость или корпуса гидроаппаратуры. Функционирование указанных систем связано со значительным расходом энергии (как от внутренних, так и внешних источников тепла), дефицит которой для мобильных машин, работающих в полевых условиях, очевиден, 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.To ensure trouble-free operation, the machines are also equipped with thermal preparation systems for hydraulic drives [S. Kaverzin and others. The heating of the working fluid in the hydraulic drive of self-propelled machines // "Construction and road machines", 1983, No. 11], which also heat up the working fluid or the body of the hydraulic equipment. The functioning of these systems is associated with a significant consumption of energy (both from internal and external sources of heat), the deficit of which for mobile machines operating in the field is obvious, especially in the 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.

Известен гидроцилиндр [RU 2351810 C1, МПК F15B 21/04, опубл. 2006.01], содержащий поршень с проходным каналом и шток со встроенным дистанционно управляемым клапаном и втулкой с проходным каналом, при разогреве гидропривода совмещающими штоковую и бесштоковую полости посредством объединения проходных каналов поршня и втулки.Known hydraulic cylinder [RU 2351810 C1, IPC F15B 21/04, publ. 2006.01], comprising a piston with a passage channel and a rod with a built-in remotely controlled valve and a sleeve with a passage channel, when the hydraulic actuator is heated, combining the rod and rodless cavities by combining the passage channels of the piston and the sleeve.

При разогреве гидропривода включается дистанционно управляемый клапан, расположенный в штоке гидроцилиндра. При этом перемещается втулка таким образом, чтобы ее проходной канал совпал с проходным каналом поршня. Разогретая рабочая жидкость из гидробака подается в одну из полостей гидроцилиндра, например штоковую, действуя на поршень, получает сопротивление от более вязкого масла в другой полости, поэтому проходит через проходной канал в другую полость. При этом перемещение соединенного с поршнем штока становится невозможным. Движение разогретой рабочей жидкости из одной полости в другую обеспечивает теплообмен с корпусом, штоком, поршнем, клапаном и далее по выходу из гидроцилиндра по элементам гидропривода. Тем самым обеспечивается продолжение процесса разогрева гидропривода. После завершения цикла разогрева гидропривода клапан перемещает втулку, тем самым закрывая проходной канал. При закрытом канале рабочая жидкость действует непосредственно на поршень, перемещая его в корпусе гидроцилиндра.When the hydraulic actuator heats up, a remote-controlled valve located in the hydraulic cylinder rod is turned on. In this case, the sleeve moves 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, for example, the rod, acting on the piston, receives resistance from a more viscous oil in the other cavity, therefore it passes through the passage channel into the other cavity. In this case, the movement of the rod connected to the piston becomes impossible. The movement of the heated working fluid from one cavity to another provides heat exchange with the housing, stem, piston, valve and further at the exit of the hydraulic cylinder through the hydraulic drive elements. This ensures the continuation of the heating process of the hydraulic drive. After completion of the heating cycle of the hydraulic actuator, the valve moves the sleeve, thereby closing the passage channel. With a closed channel, the working fluid acts directly on the piston, moving it in the cylinder body.

Недостатком конструкции является сложность изготовления поршня с клапаном, а также необходимость учета в работе давлений рабочей жидкости в гидроцилиндре.The design disadvantage is the difficulty of manufacturing a piston with a valve, as well as the need to take into account the work fluid pressure in the hydraulic cylinder.

Известно устройство тепловой подготовки гидропривода машин [RU №2258153 С1, МПК 7 F02N 17/06, опубл. 2005 г.], 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 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 device for thermal preparation of hydraulic drive machines [RU No. 2258153 C1, IPC 7 F02N 17/06, publ. 2005], consisting of a thermal preparation circuit of the engine and a thermal preparation circuit of 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 pump, a hydraulic distributor, 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 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 дополнительных отверстий в гидроцилиндре. Это усложняет конструкцию.The disadvantage of this design is the presence of additional holes in the hydraulic cylinder. This complicates the design.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является сокращение затрат ресурсов на разогрев гидропривода машин, работающих в полевых условиях при низких отрицательных температурах, путем совершенствования конструкции гидроцилиндра.The task to which the claimed technical solution is directed is to 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 совершенствовании принципа работы, упрощении конструкции за счет сокращения отверстий в корпусе гидроцилиндра и 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 improve the principle of operation, simplifying the design by reducing the holes in the body of the hydraulic cylinder and reducing heat loss from the hydraulic fluid heated from internal and external heat sources.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидроцилиндре, содержащем корпус, который разделен посредством поршня со штоком на штоковую и бесштоковую полости, особенностью является то, что указанные штоковая и бесштоковая полости имеют подводы, в каждом из которых установлена разделительная перегородка, подводы имеет подводные патрубки и обводные трубопроводы, при этом обводные трубопроводы соединены между собой через клапан для совмещения полостей гидроцилиндра при прогреве и отключения при работе гидроцилиндра.The specified technical result is achieved by the fact that in the hydraulic cylinder containing the housing, which is divided by a piston with a rod into a rod and rodless cavity, a feature is that said rod and rodless cavity have inlets, in each of which a dividing wall is installed, the inlets have underwater nozzles and bypass pipelines, while the bypass pipelines are interconnected through a valve to combine the cavities of the hydraulic cylinder during heating and shutdown during operation of the hydraulic cylinder.

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. Предлагаемый гидроцилиндр содержит корпус, штоковую и бесштоковую полости, которые образуются посредством соединенных поршня и штока.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. The proposed hydraulic cylinder contains a housing, a rod and rodless cavity, which are formed by means of a connected piston and rod.

Наличие подводов, которые имеют разделительную перегородку, позволяет при подаче прогретой рабочей жидкости совместить штоковую и бесштоковую полости гидроцилиндра через обводной трубопровод, не перемещая шток гидроцилиндра.The presence of inlets that have a dividing wall, allows you to combine the rod and rodless cavities of the hydraulic cylinder through the bypass pipe when supplying the heated working fluid without moving the hydraulic cylinder rod.

При разогреве гидропривода открывается клапан, соединяя штоковую и безштоковую полости гидроцилиндра. Разогретая рабочая жидкость из гидробака подается в одну из полостей гидроцилиндра, проходит через обводной трубопровод в другую полость. При этом перемещение соединенного с поршнем штока становится невозможным. Тем самым обеспечивается продолжение процесса разогрева гидропривода.When the hydraulic actuator warms up, the valve opens, connecting the rod and rodless cavities of the hydraulic cylinder. The heated working fluid from the hydraulic tank is fed into one of the cavities of the hydraulic cylinder, passes through the bypass pipe 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 клапан закрывается. При закрытом канале рабочая жидкость действует непосредственно на поршень, перемещая его в корпусе гидроцилиндра. Начинается работа разогретого гидропривода.After completion of the warm-up cycle of the hydraulic actuator, the valve closes. With a closed channel, the working fluid acts directly on the piston, moving it in the cylinder body. The work of a heated hydraulic drive begins.

Изобретение поясняется схемой, где на фиг. представлен разрез сборки гидроцилиндра.The invention is illustrated by the scheme, where in FIG. The section of the hydraulic cylinder assembly is presented.

Гидроцилиндр содержит корпус 1, штоковую 2 и бесштоковую 3 полости, которые образуются посредством соединенных поршня 4 и штока 5. Штоковая 2 и бесштоковая 3 полости имеют подводы 6. Подвод 6 имеет разделительную перегородку 7. Подводы 6 имеют подводные патрубки 8 и обводные трубопроводы 9, соединенные между собой через клапан 10.The hydraulic cylinder comprises a housing 1, a rod 2 and a rodless 3 cavity, which are formed by the connected piston 4 and the rod 5. The rod 2 and rodless 3 cavity have inlets 6. The inlet 6 has a dividing wall 7. The inlets 6 have underwater pipes 8 and bypass pipes 9, interconnected through a valve 10.

Прогрев гидроцилиндра осуществляется следующим образом.Warming up the hydraulic cylinder is as follows.

При разогреве гидроцилиндра прогретая рабочая жидкость (показана стрелками, на фиг.) поступает в штоковую 2 или бесштоковую 3 полость гидроцилиндра. Например, на фиг. показана подача рабочей жидкости в штоковую полость 2 через подводной патрубок 8 и подвод 6. Рабочая жидкость, находящаяся в штоковой полости 2, является холодной и, перемешиваясь с поступившей прогретой жидкостью, поступает через подвод 6 в обводной трубопровод 9, включение и отключение обводных трубопроводов 9 осуществляется клапаном (вентилем) 10. Установленная на подводе 6 перегородка 7 позволяет разделить подводимую рабочую жидкость в штоковую полость 2 (через подводной патрубок 8) и отводимую рабочую жидкость (через патрубок 9) из штоковой полости 2. При открытом клапане 10 рабочая жидкость поступает в бесштоковую полость 3 через подводной патрубок 9 и подвод 6. Поступившая рабочая жидкость также смешивается с холодной рабочей жидкостью, находящейся в бесштоковой полости 3, и поступает на слив через разделенный перегородкой 7 подвод 6 и подводной патрубок 8 бесштоковой полости 3.When the hydraulic cylinder is heated up, the heated working fluid (shown by arrows, in Fig.) Enters the rod 2 or rodless 3 cavity of the hydraulic cylinder. For example, in FIG. shows the supply of working fluid to the rod cavity 2 through the underwater pipe 8 and the supply 6. The working fluid located in the rod cavity 2 is cold and, mixed with the incoming heated fluid, enters through the pipe 9 into the bypass pipe 9, turning on and off the bypass pipes 9 is carried out by a valve (valve) 10. A partition 7 installed on the inlet 6 allows separating the supplied working fluid into the rod cavity 2 (through the underwater pipe 8) and the extracted working fluid (through the pipe 9) from the rod cavity 2. When the valve 10 is open, the working fluid enters the rodless cavity 3 through the underwater pipe 9 and the inlet 6. The incoming working fluid is also mixed with cold working fluid located in the rodless cavity 3, and enters the drain through the inlet 6 and the underwater pipe 8 rodless cavity 3.

Движение разогретой рабочей жидкости из одной полости в другую обеспечивает теплообмен с корпусом 1, штоком 5 поршнем 4 и далее по выходу из гидроцилиндра по элементам гидропривода. Тем самым обеспечивается продолжение процесса разогрева гидропривода.The movement of the heated working fluid from one cavity to another provides heat exchange with the housing 1, the rod 5 by the piston 4 and then at the exit from the hydraulic cylinder through the hydraulic drive elements. This ensures the continuation of the heating process of the hydraulic drive.

После завершения цикла разогрева гидропривода клапан 10 закрывается, тем самым прекращая движение рабочей жидкости по обводному трубопроводу 9. При закрытом клапане 10 рабочая жидкость действует непосредственно на поршень 4, перемещая его в корпусе 1 гидроцилиндра. Таким образом, гидроцилиндр переходит в рабочее положение.After completion of the warm-up cycle of the hydraulic actuator, the valve 10 closes, thereby stopping the movement of the working fluid through the bypass pipe 9. When the valve 10 is closed, the working fluid acts directly on the piston 4, moving it in the housing 1 of the hydraulic cylinder. Thus, the hydraulic cylinder goes into working position.

Применение указанной конструкции гидроцилиндра позволяет ускорить процесс тепловой подготовки гидропривода (как при дросселировании в подводах через перегородки, так и от внутренних и внешних источников энергии), поскольку большее число элементов участвует в теплообмене.The use of the specified design of the hydraulic cylinder allows you to speed up the process of thermal preparation of the hydraulic drive (both during throttling in the supply through partitions, 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 comprising a housing with a piston installed in it with a rod that separates the housing into a rod and rodless cavity, characterized in that it is provided with inlets to the rod and rodless cavities, and a separation partition is installed in each inlet, the inlets have underwater nozzles and bypass pipelines and bypass pipelines are interconnected through a valve with the possibility of combining the cavities of the hydraulic cylinder when it is heated and disconnecting them in the working position of the hydraulic cylinder.