защитное устройство штока гидравлического цилиндра

Формула изобретения

1. Защитное устройство штока гидравлического цилиндра, содержащее подвижный кожух в виде сильфона, установленного вокруг выходной части штока и закрепленного одним концом на корпусе цилиндра, а другим - на концевом участке штока, гофры которого выполнены из кольцевых элементов, соединенных друг с другом по внутреннему и внешнему диаметрам, отличающееся тем, что кольцевые элементы сильфона в недеформированном состоянии имеют форму усеченных конусов с криволинейной образующей, при этом в направлении от корпуса цилиндра высота каждого последующего кольцевого элемента сильфона превышает высоту предыдущего элемента, а наружный диаметр каждого последующего гофра сильфона превышает наружный диаметр предыдущего гофра.

2. Защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что на концевом участке штока за сильфоном закреплен защитный экран в виде кольцевого элемента с выпуклой поверхностью, выполненный с возможностью перекрывания подвижного кожуха в его сжатом состоянии при нижнем положении поршня.

3. Защитное устройство по п. 2 отличающееся тем, что защитный экран в виде кольцевого элемента имеет форму сегмента тора.

4. Защитное устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что кольцевые элементы сильфона выполнены из водонепроницаемого материала на тканевой основе.

5. Защитное устройство по п. 4, отличающееся тем, что кольцевые элементы сильфона выполнены из резинотканевого материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидроаппаратуры и может быть использовано в промышленности для защиты элементов, движущихся возвратно-поступательно, в частности в качестве защитных устройств штоков гидравлических цилиндров противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов, компенсирующих износ рабочих валков в процессе эксплуатации и обеспечивающих планшетность прокатываемой полосы.

Известен сильфон с гофрами для уплотнений штоков, движущихся возвратно-поступательно, состоящий из набора мембран, соединенных между собой по внешнему и внутреннему контура сваркой, в котором одна половина каждого гофра выполнена в виде хлопающей мембраны, а другая - в виде жесткого тарельчатого элемента с опорной поверхностью, симметричной поверхности мембраны, при этом один из элементов сильфона снабжен переходником для соединения со штоком. См. а. с. 414446 СССР, МКИ⁶ F 16 J 3/00. Сварной сильфон /Заявл. 17.04.72, опубл. 05.11.74.

Одним из недостатков сильфона мембранного типа является его недолговечность, обусловленная усталостью материала мембран в результате многократного циклического нагружения, приводящего к прогрессирующему разрушению мембран, что исключает целесообразность его использования в качестве защитного устройства штоков гидравлических цилиндров, работающих в условиях многократного циклического нагружения.

Другим недостатком сильфона мембранного типа являются большие осевые габариты в сжатом состоянии. За счет использования хлопающих мембран с большим прогибом, перемещающихся под действием внешнего давления до соприкоснования с симметричными им поверхностями жестких тарельчатых элементов известная конструкция позволяет несколько уменьшить осевые габариты сильфона в сжатом состоянии (которые складываются при этом из осевых размеров переходника и сложенных мембран), но в недостаточной мере. Большие осевые габариты ограничивают технологические возможности известной конструкции, в частности, исключают возможность ее использования в таком технологическом оборудовании, где существуют жесткие пространственные ограничения, например, в чистовых клетях прокатных станов - в качестве защитных устройств штоков гидравлических цилиндров противоизгиба, устанавливаемых в подушках рабочих валков. Большие осевые габариты сильфонов, выступающие над поверхностью подушек, являются препятствием для осуществления перевалки рабочих валков и при осуществлении перевалки в таких условиях выступающие части могут быть разрушены опорным блоком рабочих валков.

Кроме того, следует отметить следующее.

Увеличение длины хода штока при использовании известной конструкции может быть достигнуто двумя путями: либо за счет увеличения хода каждого мембранного элемента путем увеличения диаметров мембран, либо за счет увеличения числа гофров сильфона. Однако увеличение диаметров мембран ограничено технологическими условиями, в частности, наружный диаметр мембран ограничен диаметром крышки или корпуса гидравлического цилиндра, а внутренний диаметр мембран ограничен диаметром штока - чем меньше этот диаметр, тем меньше относительное удлинение каждого гофра. В то же время увеличение числа гофров сильфона неизбежно ведет к увеличению его осевых габаритов, что сужает технологические возможности конструкции. Таким образом, конструкция не обеспечивает увеличения длины хода штока при сохранении небольших габаритов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является принятое в качестве прототипа защитное устройство штока гидравлического цилиндра, содержащее подвижный кожух в виде сильфона (гофрированной оболочки), установленного вокруг выходной части штока и закрепленного одним концом на корпусе цилиндра, а другим - на кольцевом участке штока, гофры которого выполнены из кольцевых элементов, соединенных друг с другом по внутреннему и внешнему диаметрам, причем сильфон снабжен узлом жесткости, выполненным в виде гибких нитей, связывающих выступы гофров между собой на заданном расстоянии, и втулок, жестко соединенных с впадинами и смонтированных на штоке См. а.с. 540093 СССР, МКИ⁶ F 16 J 7/00. Защитное устройство штоков цилиндров /Заявл. 11.05.75, опубл. 25.12.75.

Известное защитное устройство более долговечно по сравнению с мембранным, так как сильфон, выполненный из эластичного материала, выдерживает многократные циклические нагрузки.

Осевые габариты такого устройства в сжатом состоянии складываются из осевых габаритов сложенных гофров и втулок, смонтированных на штоке, и являются достаточно большими даже при небольшом числе гофров. Кроме того, удлинение защитного устройства такого типа при его растяжении происходит преимущественно за счет упругой деформации, вызывающей изменение размеров эластичных гофров. Причем, относительное удлинение эластичных гофров ограничено пластическими и прочностными свойствами материала. Поэтому увеличение хода поступательно перемещаемого штока при использовании анализируемого защитного устройства может быть достигнуто преимущественно путем увеличения числа гофров и, соответственно, осевых габаритов сильфона. Как следствие, увеличиваются осевые габариты защитного устройства в сжатом состоянии. Большие осевые габариты сужают технологические возможности устройства, в частности, исключают его использование в качестве защитного устройства штоков гидравлических цилиндров противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов, где существуют жесткие пространственные ограничения. В случае, если защитное устройство, установленное вокруг выходной части штока, при замене валков и снятии клети чрезмерно выступает над поверхностью цилиндра в сжатом состоянии, оно является препятствием для осуществления перевалки рабочих валков. В результате выступающие части могут быть разрушены.

Недостатком известного защитного устройства является также то, что узел жесткости создает несколько дополнительных пар трения-скольжения в виде втулок, смонтированных на штоке, что усложняет условия работы штока. Вместе с тем гибкие нити узла жесткости, связывающие выступы гофров между собой, при работе гидравлических цилиндров в условиях загрязненности внешней среды, например, наличия воды, грязи и раскаленных частиц окалины в прокатном производстве, интенсивно изнашиваются. Вредному воздействию внешней среды подвержен и ничем не защищенный подвижный кожух в виде сильфона. Все это приводит в конечном итоге к преждевременному выходу защитного устройства из строя, снижению надежности и долговечности.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание более надежного защитного устройства штока гидравлического цилиндра, обеспечивающего уменьшенные осевые габариты подвижного кожуха в сжатом состоянии при сохранении возможности максимального хода штока, что расширяет технологические возможности устройства и позволяет его использовать в технологическом оборудовании при ограничениях по высоте, в частности, в качестве защитного устройства штоков гидравлических цилиндров противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов.

Следующей технической задачей изобретения является обеспечение защиты подвижного кожуха в виде сильфона от вредных воздействий внешней среды, например, воды и раскаленных частиц окалины в прокатном производстве, а также обеспечение дополнительного поджатия сильфона в его сжатом состоянии, что повышает долговечность и способствует дополнительному уменьшению осевых габаритов в сжатом состоянии, облегчая тем самым перевалку рабочих валков.

Следующей технической задачей изобретения является повышение надежности защитного экрана путем придания ему оптимальной формы.

Следующей технической задачей изобретения является повышение ресурса работы сильфона путем выбора оптимального материала.

Для решения поставленной задачи в известном защитном устройстве штока гидравлического цилиндра, содержащем подвижный кожух в виде сильфона, установленного вокруг выходной части штока и закрепленного одним концом на корпусе цилиндра, а другим - на концевом участке штока, гофры которого выполнены из кольцевых элементов, соединенных друг с другом по внутреннему и внешнему диаметрам, согласно изобретению кольцевые элементы сильфона в недеформированном состоянии имеют форму усеченных конусов с криволинейной образующей, при этом в направлении от корпуса цилиндра высота каждого последующего кольцевого элемента сильфона превышает высоту предыдущего элемента, а наружный диаметр каждого последующего гофра сильфона превышает наружный диаметр предыдущего гофра.

В частных случаях исполнения техническое решение характеризуется следующими признаками.

Согласно изобретению на концевом участке штока за сильфоном закреплен защитный экран в виде кольцевого элемента с выпуклой поверхностью, выполненный с возможностью перекрывания подвижного кожуха в его сжатом состоянии при нижнем положении поршня.

Согласно изобретению защитный экран в виде кольцевого элемента имеет форму сегмента тора.

Согласно изобретению кольцевые элемента сильфона выполнены из водонепроницаемого материала на тканевой основе.

Согласно изобретению кольцевые элементы сильфона выполнены из резинотканевого материала.

Придание кольцевым элементам сильфона формы усеченных конусов с криволинейной образующей (выпуклой или вогнутой) и увеличивающейся высотой каждого последующего кольцевого элемента сильфона по отношению к предыдущему элементу, а также увеличение наружного диаметра каждого последующего гофра сильфона, в направлении от корпуса цилиндра, приводит к тому, что при сжатии сильфона каждый последующий кольцевой элемент, имея больший объем в недеформированном состоянии и большую площадь поверхности, полностью перекрывает предыдущий кольцевой элемент, что облегчает складывание сильфона при обратном ходе штока и обеспечивает сокращение его осевых размеров в сжатом состоянии (при положении штока, вдвинутом в полость цилиндра) до минимума.

Вместе с тем благодаря такой форме кольцевых элементов удлинение сильфона, необходимое для увеличения хода поступательно перемещаемого штока, обеспечивается, главным образом, не за счет упругой деформации растяжения, вызываемой внутренними напряжениями упругого материала сильфона, а за счет механического вытягивания гофрированной оболочки сильфона вдоль оси без изменения толщины материала сильфона. При этом увеличение хода достигается как за счет увеличивающейся высоты кольцевых конусных элементов и увеличивающихся наружных гофров, так и за счет криволинейной образующей конусных элементов. В результате вытягивания сильфон приобретает форму, близкую к трубе без поперечных гофров.

В итоге увеличение хода штока гидравлического цилиндра достигается при уменьшенном числе гофров сильфона. Одновременно сокращаются осевые габариты подвижного кожуха в сжатом состоянии. Это расширяет технологические возможности защитного устройства и делает возможным его использование в технологическом оборудовании при ограничениях по высоте, в частности, в качестве защитного устройства штоков гидравлических цилиндров противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полостных прокатных станов.

В то же время защитное устройство при минимальной длине сильфона и минимальном числе гофров застраховано от провисания и не нуждается в узле жесткости, что способствует повышению его надежности.

Снабжение устройства защитным экраном в виде кольцевого элемента с выпуклой поверхностью, закрепленным на концевом участке штока за сильфоном, выполненным с возможностью перекрывания подвижного кожуха в его сжатом состоянии при нижнем положении поршня, необходимо, во-первых, для защиты подвижного кожуха в виде сильфона от вредных воздействий внешней среды, например, воды и раскаленных частиц окалины в прокатном производстве, которые отражаются от защитного экрана, что повышает долговечность устройства, во-вторых, для дополнительного поджатия сильфона в его сжатом состоянии к торцу цилиндра, что способствует уменьшению осевых габаритов сильфона в сжатом состоянии до минимума и облегчает тем самым перевалку рабочих валков.

Придание защитному экрану формы сегмента тора повышает его жесткость и облегчает момент захода и схода опорного блока рабочих валков клети прокатного стана в процессе перевалки. В результате повышается надежность устройства.

Выполнение кольцевых элементов сильфона из водонепроницаемого материала на тканевой основе, в частности, из резинотканевого материала, является оптимальным с точки зрения долговечности и обеспечения достаточного относительного удлинения за счет видоизменения формы при растяжении.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен гидравлический цилиндр с предлагаемым защитным устройством штока в разрезе при промежуточном положении штока; на фиг. 2 - тот же цилиндр при полностью выдвинутом штоке.

Гидравлический цилиндр содержит корпус 1, поршень 2 со штоком 3, на конце которого имеется опорная пята 4, поршневую и штоковую полости 5, 6 соответственно, в которых выполнены отверстия 7, 8 соответственно для подачи и слива масла. Защитное устройство штока 3 содержит подвижный кожух в виде сильфона 9, установленного вокруг выходной части штока 3 гидравлического цилиндра. Сильфон 9 закреплен одним концом на крышке 10 цилиндра, а другим - на концевом участке штока 3, снабженном опорной пятой 4. Для входа и выхода воздуха предусмотрено негерметичное закрепление сильфона 9 или выполнение в нем специального отверстия (отверстие на чертеже не показано). Гофры сильфона 9 выполнены из кольцевых элементов 11, соединенных друг с другом по внутреннему и внешнему диаметрам. Кольцевые элементы 11 в недеформированном состоянии имеют форму усеченных конусов с выпуклой образующей. Высота каждого последующего кольцевого элемента 11 сильфона 9 превышает высоту каждого предыдущего элемента 11, а наружный диаметр каждого последующего гофра сильфона 9 превышает наружный диаметр предыдущего гофра, причем число гофров доведено до минимума, при котором обеспечивается работоспособность устройства. В оптимальном варианте исполнения на концевом участке штока 3 непосредственно за сильфоном 9 закреплен защитный экран 12 в виде кольцевого элемента с выпуклой поверхностью, выполненный с возможностью перекрывания сильфона 9 в его сжатом состоянии при нижнем положении поршня 2. Защитный экран 12 может иметь форму сегмента тора, а кольцевые элементы 11 сильфона 9 могут быть выполнены из резинотканевого материала.

Защитное устройство работает следующим образом.

В рабочем состоянии давление масла поддерживается со стороны поршневой полости 5 - масло под давлением подается через отверстие 7 в корпусе 1 гидравлического цилиндра. Штоковая полость 6 соединена в данный момент со сливом через отверстие 8. При подаче давления жидкости в поршневую полость 5 шток 3 занимает какое-то промежуточное положение (см. фиг. 1) или выдвигается на максимальную величину (см. фиг. 2) из корпуса 1 цилиндра, гофры сильфона 9 при этом вытягиваются по всей длине и видоизменяются, в результате чего сильфон 9 приобретает форму, близкую к трубе. Опорная пята 4 давит на поверхность рабочего валка (на чертеже не показан). Подвижный кожух в виде сильфона 9 во внешней среде находится под воздействием постоянно льющейся воды для охлаждения листа (на чертеже не показан) и летящей с листа окалины. Защитный экран 12 в виде кольцевого элемента с выпуклой поверхностью защищает сильфон 9 от вредных воздействий внешней среды, частично отражая льющуюся воду и твердые раскаленные частицы окалины. Таким образом, поверхность сильфона 9 и штока 3 сохраняется на более продолжительное время.

При замене валков и снятии клети шток 3 вдвигают до упора в днище корпуса 1 гидравлического цилиндра. При этом давление подают в штоковую полость 6 через отверстие 8. Гофры сильфона 9 складываются таким образом, что каждый последующий кольцевой элемент 11, имеющий большую высоту и криволинейную образующую, накрывает предыдущий элемент 11, при этом каждый последующий гофр, имеющий больший наружный диаметр, полностью накрывает предыдущий гофр, что облегчает складывание сильфона 9 и уменьшает осевые габариты в сжатом состоянии. Защитный экран 12, имеющий форму сегмента тора, что является целесообразным с точки зрения обеспечения повышенной жесткости, полностью перекрывая сильфон 9 в его сжатом состоянии при нижнем положении поршня 2, обеспечивает тем самым дополнительное поджатие сильфона 9. В результате до минимума сокращаются осевые габариты сильфона 9 в сложенном состоянии и одновременно облегчается осуществление перевалки рабочих валков.

Таким образом, защитное устройство штока гидравлического цилиндра предохраняет шток от воздействия воды с частицами окалины и грязи, что позволяет в тяжелых условиях эксплуатации уменьшить износ и коррозию штока гидравлического цилиндра. Заявляемое защитное устройство более надежно в эксплуатации, обеспечивает уменьшенные осевые габариты в сжатом состоянии при обеспечении максимального хода штока, что делает возможным его использование в технологическом оборудовании в условиях ограниченного пространства, в частности, в качестве защитного устройства штоков гидравлических цилиндров противоизгиба рабочих валков чистовых клетей полосных прокатных станов. Пространством специального защитного экрана оптимальной формы в устройстве обеспечивается защита сильфона от воздействия воды и раскаленных частиц окалины в прокатном производстве, что повышает долговечность устройства. Защитный экран обеспечивает также дополнительное поджатие сильфона при нижнем положении поршня, что способствует дополнительному уменьшению осевых габаритов в сжатом состоянии и облегчает тем самым перевалку рабочих валков. Кроме того, благодаря выполнению сильфона из резинотканевого материала, пластические и прочностные свойства которого в большей мере соответствуют условиям работы, повышается ресурс работы сильфона.