двойной телескопический гидроцилиндр

Формула изобретения

Двойной телескопический гидроцилиндр, содержащий корпус и расположенные в нем две пары выходных рабочих звеньев, выполненных в виде пустотелых плунжеров, с опорными проушинами, отличающийся тем, что он снабжен упорными разрезными кольцами, запираемыми опорно-направляющими кольцами, при этом внутренние плунжеры выполнены с открытой внутренней полостью, все плунжеры снабжены буртами с канавками, в которых установлены опорно-направляющие кольца, корпус выполнен в виде трубы с расточками и канавками, в которых размещены уплотнения наружных плунжеров и упорные разрезные кольца, а опорные проушины снабжены буртами, которыми внутренние плунжеры взаимодействуют с наружными плунжерами и корпусом при вдвижении плунжеров в корпус.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к длинноходовым гидравлическим цилиндрам гидроприводов грузоподъемных машин, к которым принадлежат передвижные краны, подъемные установки для ремонта нефтяных и газовых скважин и др.

Известны длинноходовые гидроцилиндры, т. е. объемные гидродвигатели с возвратно-поступательным движением выходного рабочего звена (штока или плунжера) двух типов:

- поршневые (выходное звено - шток), например, гидроцилиндры механизмов подъема и изменения длины стрелы грузоподъемной машины (С.П.Епифанов, В.И. Поляков. Пневмоколесные гусеничные краны. "Высшая школа", 1985 г., рис. 11, стр. 32), телескопические гидроцилиндры (А. М.Иоффе и др. Гидравлическое оборудование металлургических цехов. "Металлургия", 1989 г., рис. 43, стр. 79) и двойные телескопические гидроцилиндры (Ю.Иринг. Проектирование гидравлических и пневматических систем. "Машиностроение", 1983 г. стр. 74):

- плунжерные (выходное звено - плунжер), например, гидроцилиндр механизма подачи станка для шлифования листов с ходом плунжера 7 м (А.М.Иоффе и др. Гидравлическое оборудование металлургических цехов. "Металлургия", 1989 г., рис. 45, стр. 82).

Из указанных гидроцилиндров наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения являются двойные телескопические гидроцилиндры.

Недостатками указанных длинноходовых гидроцилиндров как поршневых, так и плунжерных, являются:

- наличие трудоемких в изготовлении втулок с напылением бронзой или с опорно-направляющими кольцами для направления штока (плунжера), как правило удлиняемых, для обеспечения требуемого характера опоры штока или плунжера (отношения длины и диаметра) с целью повышения устойчивости (коэффициента критической нагрузки) при продольном изгибе;

- пониженная устойчивость штока (плунжера) вследствие выполнения его с закрытой внутренней полостью, что приводит к повышенной нагрузке на внутренний торец штока (плунжера);

- пониженная нагрузочная способность гидроцилиндра при выбранном диаметре корпуса вследствие пониженного момента инерции штока (плунжера) ввиду уменьшения его диаметра из-за наличия упомянутой втулки.

Более компактные в продольном направлении из указанных гидроцилиндров и обладающие более высокой нагрузочной способностью телескопические гидроцилиндры и особенно двойные телескопические гидроцилиндры позволяют добиться более высокого коэффициента критической нагрузки благодаря оптимизации (повышению) отношений между длинами участков и моментами инерции рабочих звеньев. Недостатком этих гидроцилиндров, наряду с вышеуказанными недостатками, является усложненность конструкции задних торцев выходных рабочих звеньев вследствие необходимости установки упоров, ограничивающих их перемещение при вдвижении в корпус.

Недостатком наиболее компактного в поперечном направлении указанного плунжерного гидроцилиндра одностороннего действия, менее трудоемкого в производстве по сравнению с поршневыми гидроцилиндрами, является, наряду с указанными общими недостатками гидроцилиндров, малая эффективность поддерживающего опорного ролика плунжера, служащего для исключения провисания его конца, при вертикальной установке гидроцилиндра вследствие действия его только в одной плоскости.

Целью предлагаемого технического решения является упрощение конструкции длинноходового двойного телескопического гидроцилиндра с достижением повышенной нагрузочной способности при заданном диаметре корпуса и значительное снижение трудоемкости и стоимости изготовления благодаря устранению указанных недостатков гидроцилиндров разных типов.

Эта цель достигается тем, что гидроцилиндр снабжен упорными разрезными кольцами, запираемыми опорно-направляющими кольцами, при этом внутренние выходные рабочие звенья (плунжеры) выполнены с открытой внутренней полостью, все плунжеры снабжены буртами с канавками для размещения опорно-направляющих колец, корпус выполнен в виде трубы с расточками и канавками для размещения уплотнений наружных плунжеров и упорных разрезных колец, посредством которых наружные плунжеры соединены с корпусом, а опорные проушины снабжены буртами, которыми внутренние плунжеры взаимодействуют с наружными плунжерами и корпусом при вдвижении плунжеров в корпус.

Такое исполнение двойного телескопического гидравлического цилиндра позволяет:

- повысить нагрузочную способность гидроцилиндра за счет повышения устойчивости выходных рабочих звеньев благодаря возможности увеличения их наружного диаметра при заданном диаметре корпуса;

- снизить затраты на изготовление за счет исключения металлоемких втулок для опирания и направления плунжеров (или размещения опорно-направляющих колец плунжеров) и оптимизации (уменьшения разницы диаметров) диаметральных размеров металлоемких плунжеров и корпуса, что позволяет изготовлять их из экономичных трубных заготовок.

Общий вид двойного телескопического гидравлического цилиндра представлен на чертеже.

Цилиндр включает корпус 1, наружные плунжеры 2 и 3 и внутренние плунжеры 4 и 5 с опорными проушинами 6.

В расточках и канавках корпуса 1 установлены втулки 7 и упорные разрезные кольца 8 с разъемными опорно-направляющими кольцами 9. Упорные кольца 8 удерживаются от выпадания вовнутрь корпуса опорно-направляющими кольцами 9. Уплотнения 10 наружных плунжеров 2 и 3 с кольцами 11 и втулки 7 с опорно-направляющими кольцами 9 закреплены в корпусе 1 гайками 12, в которых установлены грязезащитные кольца 13.

В канавках буртов наружных плунжеров 2 и 3 установлены опорно-направляющие кольца 14, а во внутренних канавках установлены опорно-направляющие кольца 15, грязесъемник 16 и уплотнения 17 внутренних плунжеров 4 и 5.

В канавках буртов внутренних плунжеров 4 и 5 установлены опорно-направляющие кольца 18. В проушинах 6, герметизированных уплотнительными кольцами 19, установлены шарнирные подшипники 20 и выполнены отверстия 21 и 22. Отверстие 21 предназначено для установки заглушки с пробкой для удаления воздуха из внутренних полостей гидроцилиндра.

Работает двойной телескопический гидроцилиндр в двух режимах:

а) при неподвижном корпусе 1, как правило, в горизонтальном положении:

б) при неподвижном внутреннем плунжере 5 (при установке его проушины 6 на неподвижном основании), как правило, в вертикальном или наклонном положении.

Первый режим используется при стендовой проверке. Выдвижение плунжеров в этом режиме производится следующим образом. При подаче рабочей жидкости через отверстие 22 проушины 6 и полость внутреннего плунжера 5 в рабочую полость 25 корпуса 1 и полость внутреннего плунжера 4 выдвигаются наружные плунжеры 2 и 3 вместе с внутренними плунжерами 4 и 5, доходя буртами 26 и 27 до упорных колец 8 в корпусе 1. Далее выдвигаются внутренние плунжеры 4 и 5, доходя буртами 23 и 24 до уступов наружных плунжеров 2 и 3.

Вдвижение плунжеров во внутреннюю полость при первом режиме производится под действием внешней силы при соединении магистрали отверстия 22 проушины 6 со сливом. При этом внутренние плунжеры 4 и 5, доходя буртами проушин 6 до внешних торцев наружных плунжеров 2 и 3, вдвигают их в корпус 1 до подхода буртов проушин 6 к торцам корпуса 1.

Во втором режиме выдвижение плунжеров производится следующим образом.

При подаче рабочей жидкости из напорной магистрали гидросистемы через отверстие 22 проушины 6 в полость внутреннего плунжера 5 рабочую полость 25 корпуса 1 и полость внутреннего плунжера 4 выдвигается наружный плунжер 2 вместе с внутренним плунжером 4, доходя буртом 26 до верхнего упорного кольца 8 в корпусе 1. Далее плунжеры 2 и 4 перемещаются вместе с корпусом 1, который движется до упора нижнего упорного кольца 8 в бурт 27 наружного плунжера 3. Далее плунжеры 2 и 4 и корпус 1 перемещаются вместе с наружным плунжером 3, который выдвигается до упора своим уступом в бурт 24 внутреннего плунжера 5. Затем выдвигается внутренний плунжер 4, доходя буртом 23 до уступа наружного плунжера 2.

Вдвижение плунжеров во внутреннюю полость корпуса при втором режиме с вертикальной установкой гидроцилиндра производится под действием собственного веса и поднимаемого груза, воздействующего на проушину 6 внутреннего плунжера 4 при соединении магистрали отверстия 22 проушины 6 внутреннего плунжера 5 со сливом.

Внутренний плунжер 4, опускаясь, вдвигается в наружный плунжер 2 и, дойдя буртом верхней проушины 6 до внешнего торца наружного плунжера 2, вдвигает его в корпус 1 до подхода верхней проушины 6 к верхнему торцу корпуса 1. Далее внутренний плунжер 4, перемещаясь вместе с наружным плунжером 2, воздействует своей проушиной 6 на корпус 1, надвигая корпус 1 на наружный плунжер 3 и наружный плунжер 3 на внутренний плунжер 5 до подхода к бурту нижней проушины 6 внешнего торца наружного плунжера 3 и нижнего торца корпуса 1.

На предлагаемый плунжерный телескопический гидроцилиндр с длиной хода 10 и 13 м разработана конструкторская документация для внедрения в механизмах изменения длины (высоты) подъемных установок для ремонта нефтяных и газовых скважин грузоподъемностью 80, 100 и 127 т взамен двойного телескопического гидроцилиндра поршневого типа.