RU92701U1

RU92701U1 - HYDROCYLINDER WITH BRAKING EFFECT

Info

Publication number: RU92701U1
Application number: RU2009134454/22U
Authority: RU
Inventors: Риф Файзелхакович Шамгунов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Нижегородский машиностроительный завод"
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2010-03-27

Abstract

1. Гидроцилиндр с эффектом торможения, содержащий поршень со штоком, установленные в корпусе с крышками, в каждой из которых установлен обратный клапан, через который полость гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией, и тормозное устройство, отличающийся тем, что в крышке выполнена камера, сообщенная с полостью гидроцилиндра, а тормозное устройство выполнено в виде тормозного клапана, в корпусе которого установлен подпружиненный шток, один конец которого расположен в полости гидроцилиндра, а другой, выполненный с профилированной боковой поверхностью, - в камере, выполненной в крышке, причем внутренняя полость тормозного клапана связана с напорно-сливной гидролинией. ! 2. Гидроцилиндр по п.1, отличающийся тем, что обратный клапан установлен в полости, выполненной в средней части штока тормозного клапана и сообщенной с полостью гидроцилиндра и внутренней полостью тормозного клапана посредством каналов, выполненных в штоке тормозного клапана. ! 3. Гидроцилиндр по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны полости гидроцилиндра не превышает площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны камеры, выполненной в крышке.1. A hydraulic cylinder with a braking effect, comprising a piston with a rod installed in a housing with caps, each of which has a check valve through which the cavity of the hydraulic cylinder is in communication with a pressure hydraulic line, and a brake device, characterized in that the chamber is in communication with the cavity of the hydraulic cylinder, and the brake device is made in the form of a brake valve, in the case of which a spring-loaded rod is installed, one end of which is located in the cavity of the hydraulic cylinder, and the other, made with a profiled side the new surface, in the chamber, made in the cover, and the internal cavity of the brake valve is connected with a pressure-discharge hydraulic line. ! 2. The hydraulic cylinder according to claim 1, characterized in that the check valve is installed in a cavity made in the middle part of the brake valve stem and in communication with the hydraulic cylinder cavity and the internal cavity of the brake valve through channels made in the brake valve rod. ! 3. The hydraulic cylinder according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the area of the end surface of the brake valve stem from the side of the hydraulic cylinder cavity does not exceed the area of the end surface of the brake valve stem from the chamber side made in the cover.

Description

Полезная модель относится к объемным гидродвигателям, а именно к гидроцилиндрам, сообщающим выходному звену (штоку) поступательное движение и снабженным тормозными устройствами.The utility model relates to volumetric hydraulic motors, namely to hydraulic cylinders, which informs the output link (rod) of translational motion and is equipped with braking devices.

Известен гидроцилиндр с эффектом торможения (см. Артемьева Т.В. и др. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод. М.: Издательский центр «Академия», 2005, стр.273, рис.10.24), содержащий поршень со штоком, установленные в корпусе с крышками, в каждой из которых установлен обратный клапан, через который полость гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией, и тормозное устройство, выполненное в виде дросселя и гнезд в крышках и соответствующих указанным гнездам цилиндрических выступов, выполненных с обеих сторон поршня. При движении поршня в конце хода цилиндрические выступы перекрывают часть проходных отверстий для оттока рабочей жидкости из полости гидроцилиндра и осуществляют, тем самым, замедление (торможение) выходного звена (поршня со штоком) в конечных стадиях удлинения - сокращения гидроцилиндра.A known hydraulic cylinder with a braking effect (see. Artemyeva T.V. et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydropneumatic actuators. M.: Publishing Center "Academy", 2005, p. 273, Fig. 10.24) containing a piston with a rod mounted in the housing with caps, in each of which a non-return valve is installed, through which the cavity of the hydraulic cylinder is in communication with the pressure hydraulic line, and a brake device made in the form of a throttle and sockets in the caps and corresponding cylindrical protrusions for these sockets made on both sides of the piston. When the piston moves at the end of the stroke, the cylindrical protrusions overlap a part of the passage openings for the outflow of the working fluid from the hydraulic cylinder cavity and thereby slow down (brake) the output link (piston with the rod) in the final stages of elongation - reducing the hydraulic cylinder.

Известный гидроцилиндр с эффектом торможения является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).The known hydraulic cylinder with the effect of braking is the closest in combination of essential features to the claimed utility model and is selected as the closest analogue (prototype).

Недостатком прототипа является значительный разброс силы торможения двух и более одинаковых по схеме и номинальным размерам гидроцилиндров, а также существенное отклонение (уменьшение) фактического торможения от расчетного. Такая схема не обеспечивает ожидаемого эффективного торможения конечных стадий растяжения - сжатия (удлинения - сокращения), из-за чего приходится выбирать заведомо меньшие скорости перемещения штока на всем его ходе. При больших поступательных скоростях штока с поршнем недостаточность торможения конечных стадий его движения может привести к разрушению как самого гидроцилиндра, так перемещаемого объекта. Это связано с тем, что реальные гидроцилиндры состоят из нескольких взаимно вложенных деталей (гильзы, к которой крепятся крышка и букса, штока, к которому крепится поршень), каждая из которых изготовляется с определенными отклонениями (допусками) размеров и форм от номинальных значений, задаваемыми в чертежах. Как правило, эти отклонения складываются, что приводит к появлению значительной несоосности цилиндрических выступов поршней с гнездами на крышках. При достаточной близости их диаметров они будут "надирать" друг друга, увеличивая нерасчетные перетечки, загрязняя рабочую жидкость и увеличивая силу удара поршня по крышкам и перегрузки на перемещаемый гидроцилиндром объект. Если диаметры выполнить с достаточным для компенсации отклонений зазором, т.е. исключить контакт, то торможение будет неэффективным (недостаточным) из-за появления щели между гнездами и цилиндрическими выступами. Причем, чем больше номинальные диаметры гнезд и цилиндрических выступов, тем больше будет площадь нерасчетных щелей при одном и том же классе точности, что сделает практически невозможной работу двух параллельно включенных дросселей. В конечном счете придется выбирать заведомо меньшую скорость перемещения выходного звена на всем его ходе путем установки на линии слива или подачи рабочей жидкости последовательных дросселей, уменьшая при этом быстродействие и коэффициент полезного действия (КПД) всего гидропривода, содержащего такой гидроцилиндр. При этом также будет происходить избыточный нагрев рабочей жидкости, что приведет к снижению ресурса как самой жидкости, так и герметизирующих уплотнений. Например, если номинальный диаметр штока ⌀50 мм, то минимально возможный диаметр цилиндрического выступа в штоковой полости гидроцилиндра будет ⌀55 мм. Диаметры 55, выполненные по высшему (не инструментальному) классу точности Н7/f7 будут:The disadvantage of the prototype is a significant dispersion of the braking force of two or more identical in design and nominal dimensions of the hydraulic cylinders, as well as a significant deviation (decrease) of the actual braking from the calculated. Such a scheme does not provide the expected effective braking of the final stages of tension - compression (elongation - contraction), because of which it is necessary to choose obviously lower rod speeds for its entire course. At high translational speeds of the rod with the piston, insufficient braking of the final stages of its movement can lead to the destruction of both the hydraulic cylinder itself and the moving object. This is due to the fact that real hydraulic cylinders consist of several mutually nested parts (sleeves to which the cover and the axle box are attached, the rod to which the piston is attached), each of which is manufactured with certain deviations (tolerances) of sizes and shapes from the nominal values specified in the drawings. As a rule, these deviations add up, which leads to the appearance of significant misalignment of the cylindrical protrusions of the pistons with sockets on the covers. With a sufficient proximity of their diameters, they will “kick” each other, increasing off-design overflows, contaminating the working fluid and increasing the force of the piston to hit the covers and overload on an object moved by the hydraulic cylinder. If the diameters are made with a clearance sufficient to compensate for deviations, i.e. to exclude contact, the braking will be ineffective (insufficient) due to the appearance of a gap between the sockets and cylindrical protrusions. Moreover, the larger the nominal diameters of the sockets and cylindrical protrusions, the greater will be the area of off-design gaps with the same accuracy class, which will make it virtually impossible to operate two parallel chokes. Ultimately, you will have to choose a deliberately lower speed of the output link during its entire course by installing consecutive throttles on the drain line or supplying the working fluid, while reducing the speed and efficiency (efficiency) of the entire hydraulic drive containing such a hydraulic cylinder. In this case, excessive heating of the working fluid will also occur, which will lead to a decrease in the resource of both the fluid itself and the sealing seals. For example, if the nominal diameter of the rod is ⌀50 mm, then the minimum possible diameter of the cylindrical protrusion in the rod cavity of the hydraulic cylinder will be ⌀55 mm. Diameters 55 made according to the highest (non-instrumental) accuracy class H7 / f7 will be:

Для гнезда ⌀55H7^+0,03. Его площадь будет в диапазонеFor socket ⌀55H7 ^+0.03 . Its area will be in the range

2375,83…2378,42 мм²;2375.83 ... 2378.42 mm ² ;

Для цилиндрического выступа ⌀55f7_{(-0,03…-0,06)}. Его площадь будетFor a cylindrical protrusion ⌀55f7 _{(-0.03 ... -0.06)} . Its area will be

2373,23…2370,65 мм².2373.23 ... 2370.65 mm ² .

При этом корпус гидроцилиндра, крышки, поршень и шток должны будут изготовляться по инструментальному классу точности (менее 0,01 мм), что на порядок увеличит их стоимость. Но и при этом минимальная и максимальная площади щели будут 2,6 мм² и 7,77 мм². Так как площадь проходных отверстий для такого цилиндра в конце тормозного пути сравнима (как правило меньше в несколько раз) с минимальной площадью щели, то два и более гидроцилиндра, выполненные по одному и тому же классу точности по торможению будут отличаться (пусть площадь дросселя 2 мм²) в несколько {[(7,77+2)7(2,6+2)]²=4,5} раз! Сила удара при этом будет пропорциональна квадрату этого отношения (4,5²=20,25), что равнозначно отсутствию торможения. Кроме того, если такие гидроцилиндры будут работать параллельно, то появится большой крутящий момент, действующий на перемещаемый объект, что может вызвать его разрушение или недопустимую деформацию. Таким образом, реализация эффективного торможения конечных стадий растяжения - сжатия (удлинения - сокращения) в гидроцилиндрах, выполненных по схеме прототипа без подключения дополнительных внешних (расположенных вне гидроцилиндра) устройств невозможна даже при их изготовлении по высшему классу точности.At the same time, the cylinder body, covers, piston and rod will have to be manufactured according to the instrumental accuracy class (less than 0.01 mm), which will increase their cost by an order of magnitude. But even so, the minimum and maximum area of the gap will be 2.6 mm ² and 7.77 mm ² . Since the area of passage openings for such a cylinder at the end of the braking distance is comparable (usually several times smaller) with the minimum gap area, two or more hydraulic cylinders made according to the same braking accuracy class will differ (let the throttle area be 2 mm ² ) several {[(7.77 + 2) 7 (2.6 + 2)] ² = 4.5} times! The impact force will be proportional to the square of this ratio (4.5 ² = 20.25), which is equivalent to the absence of braking. In addition, if such hydraulic cylinders work in parallel, a large torque will appear that acts on the moving object, which may cause its destruction or unacceptable deformation. Thus, the implementation of effective braking of the final stages of tension - compression (elongation - contraction) in hydraulic cylinders made according to the prototype scheme without connecting additional external (located outside the hydraulic cylinder) devices is impossible even when they are manufactured to the highest accuracy class.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является:The technical result of the claimed utility model is:

1. Гарантированное обеспечение расчетного торможения конечных стадий удлинения-сокращения гидроцилиндра.1. Guaranteed provision of design braking of the final stages of elongation-contraction of the hydraulic cylinder.

2. Снижение стоимости изготовления гидроцилиндра и всего гидропривода.2. Reducing the cost of manufacturing a hydraulic cylinder and the entire hydraulic actuator.

3. Возможность более быстрого перемещения выходного звена на бестормозной части хода поршня гидроцилиндра.3. The ability to more quickly move the output link on the non-brake part of the piston stroke of the hydraulic cylinder.

4. Повышение КПД, надежности и ресурса всего гидропривода, содержащего гидроцилиндр с предлагаемыми схемами.4. Improving the efficiency, reliability and resource of the entire hydraulic actuator containing the hydraulic cylinder with the proposed schemes.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидроцилиндре с эффектом торможения, содержащем поршень со штоком, установленные в корпусе с крышками, в каждой из которых установлен обратный клапан, через который полость гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией, и тормозное устройство, согласно полезной модели, в крышке выполнена камера, сообщенная с полостью гидроцилиндра, а тормозное устройство выполнено в виде тормозного клапана, в корпусе которого установлен подпружиненный шток, один конец которого расположен в полости гидроцилиндра, а другой, выполненный с профилированной боковой поверхностью, - в камере, выполненной в крышке, причем внутренняя полость тормозного клапана связана с напорно-сливной гидролинией.The specified technical result is achieved by the fact that in a hydraulic cylinder with a braking effect containing a piston with a rod installed in a housing with caps, each of which has a check valve through which the hydraulic cylinder cavity is in communication with a pressure hydraulic line, and the brake device, according to a utility model, the lid is made of a chamber in communication with the cavity of the hydraulic cylinder, and the brake device is made in the form of a brake valve, in the housing of which a spring-loaded rod is installed, one end of which is located in the cavity hydraulic cylinder, and the other, made with a profiled side surface, in the chamber, made in the cover, and the internal cavity of the brake valve is connected with a pressure-discharge hydraulic line.

Обратный клапан может быть установлен в полости, выполненной в средней части штока тормозного клапана и сообщенной с полостью гидроцилиндра и внутренней полостью тормозного клапана посредством каналов, выполненных в штоке тормозного клапана.The non-return valve can be installed in a cavity made in the middle part of the brake valve stem and in communication with the hydraulic cylinder cavity and the internal cavity of the brake valve through channels made in the brake valve rod.

Кроме того, площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны полости гидроцилиндра не превышает площадь торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны камеры, выполненной в крышке.In addition, the area of the end surface of the rod of the brake valve from the side of the cavity of the hydraulic cylinder does not exceed the area of the end surface of the rod of the brake valve from the side of the chamber, made in the cover.

Заявляемая совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает гарантированное расчетное на отдельном гидроцилиндре и стабильное на различных экземплярах гидроцилиндров торможение на конечных стадиях их удлинения-сокращения, причем допуски на размеры деталей, осуществляющих торможение, не зависят от размеров основных деталей гидроцилиндра (корпус, поршень, шток…), снижает себестоимость гидроцилиндра, увеличивает быстродействие и повышает надежность и КПД всего гидропривода.The claimed combination of essential features of the utility model provides guaranteed design on a separate hydraulic cylinder and stable on various instances of hydraulic cylinders braking at the final stages of their elongation-reduction, and the tolerances on the dimensions of the parts performing braking do not depend on the dimensions of the main parts of the hydraulic cylinder (body, piston, rod ... ), reduces the cost of the hydraulic cylinder, increases speed and increases the reliability and efficiency of the entire hydraulic drive.

Указанная выше совокупность существенных признаков полезной модели на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".The above set of essential features of a utility model at the filing date of the application is not known in the Russian Federation and abroad and meets the requirements of the criterion of "novelty."

Заявляемая полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".The inventive utility model can be implemented industrially using known technical means and meets the requirements of the criterion of "industrial applicability".

Полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан общий вид гидроцилиндра с эффектом торможения; на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1; на фиг.3 - то же, вариант размещения обратного клапана внутри штока тормозного клапана.The utility model is illustrated by graphic materials, where Fig. 1 shows a general view of a hydraulic cylinder with a braking effect; figure 2 - remote element A in figure 1; figure 3 is the same, the option of placing a check valve inside the stem of the brake valve.

Гидроцилиндр содержит поршень 1 со штоком 2, установленные в корпусе 3 с крышками 4 и 5, в каждой из которых установлен обратный клапан 6, через который полость 7 гидроцилиндра сообщена с напорной гидролинией (на чертеже не показана) посредством каналов, выполненных в крышках 4, 5, и тормозного клапана, в корпусе 8 которого установлен подпружиненный шток 9. Один конец штока 9 расположен в полости 7 гидроцилиндра, а другой, выполненный с профилированной боковой поверхностью (например, с лыской 10 переменного сечения), - в камере 11, выполненной в крышке и сообщенной с полостью 7 гидроцилиндра, причем внутренняя полость 12 тормозного клапана связана с напорно-сливной гидролинией (не показана). С целью разгрузки, уменьшения массы и габаритов пружины тормозного клапана площадь торцовой поверхности штока 9 тормозного клапана со стороны полости 7 гидроцилиндра выполняется равной или меньшей площади торцовой поверхности штока тормозного клапана со стороны камеры 11, выполненной в крышке.The hydraulic cylinder contains a piston 1 with a rod 2 installed in the housing 3 with covers 4 and 5, in each of which a check valve 6 is installed, through which the cavity 7 of the hydraulic cylinder is connected to the pressure hydraulic line (not shown in the drawing) through channels made in the covers 4, 5, and a brake valve, in the housing 8 of which a spring-loaded rod 9 is installed. One end of the rod 9 is located in the cavity 7 of the hydraulic cylinder, and the other, made with a profiled side surface (for example, with a flat 10 of variable cross section), is in the chamber 11 made in cover communicating with the cavity 7 of the hydraulic cylinder, the inner cavity 12 of the brake valve is connected with the pressure-discharge hydraulic line (not shown). In order to unload, reduce the weight and dimensions of the brake valve spring, the end surface area of the brake valve stem 9 from the side of the hydraulic cylinder cavity 7 is equal to or less than the end surface area of the brake valve stem from the chamber 11 side made in the cover.

При недостаточности размеров крышки для размещения обратного клапана 6, последний может быть установлен в полости 13, выполненной в средней части штока 9 тормозного клапана (см. фиг.3). Полость 13 сообщена с полостью 7 гидроцилиндра и внутренней полостью 12 тормозного клапана посредством каналов, выполненных в штоке 9.If the size of the cover is insufficient to accommodate the check valve 6, the latter can be installed in a cavity 13 made in the middle of the rod 9 of the brake valve (see Fig. 3). The cavity 13 is in communication with the cavity 7 of the hydraulic cylinder and the inner cavity 12 of the brake valve through channels made in the rod 9.

Работа гидроцилиндра осуществляется следующим образом.The operation of the hydraulic cylinder is as follows.

В начальном (сложенном) положении шток 2 с поршнем 1 прижат к крышке 4 гидроцилиндра, при этом подпружиненный шток 9 тормозного клапана занимает крайнее левое положение, полностью сжимая пружину. Площадь проходных отверстий (дросселирующей щели), связывающих камеру 11, выполненную в крышке, с внутренней полостью 12 тормозного клапана, имеет при этом минимальное значение (может быть близка к нулю), что соответствует максимальной площади сечения дросселирующей части штока 9 тормозного клапана.In the initial (folded) position, the rod 2 with the piston 1 is pressed against the cover 4 of the hydraulic cylinder, while the spring-loaded rod 9 of the brake valve occupies the leftmost position, fully compressing the spring. The area of the through holes (throttling slots) connecting the chamber 11, made in the cover, with the internal cavity 12 of the brake valve, has a minimum value (may be close to zero), which corresponds to the maximum cross-sectional area of the throttling part of the rod 9 of the brake valve.

При необходимости удлинения гидроцилиндра рабочую жидкость подают по напорной линии через канал, выполненный в крышке 4, и обратный клапан 6 в поршневую полость гидроцилиндра, осуществляя выдвижение штока 2 с поршнем 1. По достижении поршнем 1 левого конца штока 9 тормозного клапана правой крышки 5 и его дальнейшем движении вправо до полного выдвижения штока 2 происходит торможение слива рабочей жидкости из штоковой полости гидроцилиндра за счет постепенного уменьшения площади проходных отверстий (дросселирующей щели), сообщающих камеру 11 и внутреннюю полость 12 тормозного клапана.If it is necessary to extend the hydraulic cylinder, the working fluid is fed through the pressure line through the channel made in the cover 4 and the check valve 6 into the piston cavity of the hydraulic cylinder, extending the rod 2 with the piston 1. Upon reaching piston 1 of the left end of the rod 9 of the brake valve of the right cover 5 and its further movement to the right until the rod 2 is fully extended, the discharge of the working fluid from the rod cavity of the hydraulic cylinder is inhibited due to a gradual decrease in the area of passage openings (throttling slots) communicating the chamber 11 and an internal cavity 12 of the brake valve.

Процесс перемещения поршня 1 со штоком 2 влево и его торможения в конце хода посредством тормозного клапана крышки 4 при сокращении гидроцилиндра полностью аналогичен описанному выше при его удлинении.The process of moving the piston 1 with the rod 2 to the left and braking it at the end of the stroke by means of the brake valve of the cover 4 while shortening the hydraulic cylinder is completely similar to that described above when it is elongated.

Claims

1. A hydraulic cylinder with a braking effect, comprising a piston with a rod installed in a housing with caps, each of which has a check valve through which the cavity of the hydraulic cylinder is in communication with a pressure hydraulic line, and a brake device, characterized in that the chamber is in communication with the cavity of the hydraulic cylinder, and the brake device is made in the form of a brake valve, in the case of which a spring-loaded rod is installed, one end of which is located in the cavity of the hydraulic cylinder, and the other, made with a profiled side the new surface, in the chamber, made in the cover, and the internal cavity of the brake valve is connected with a pressure-discharge hydraulic line.

2. The hydraulic cylinder according to claim 1, characterized in that the check valve is installed in a cavity made in the middle part of the brake valve stem and in communication with the hydraulic cylinder cavity and the internal cavity of the brake valve through channels made in the brake valve rod.

3. The hydraulic cylinder according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the area of the end surface of the brake valve stem from the side of the hydraulic cylinder cavity does not exceed the area of the end surface of the brake valve stem from the chamber side made in the cover.