Ущільнення гідроциліндра

Винахід відноситься до галузі гермето-логії, а саме до ущільнень в гідроциліндрах і може бути використане в бурових насосах. Відоме ущільнення циліндро-поршневої пари поршневого насосу, яке складається з циліндрової втулки, спряженого з нею поршня, на якому розміщені манжета та опорне кільце, оливового насосу та системи подачі оливи в міжконтактний простір між поршнем та втулкою, яка включає гнучкий шланг І зворотній клапан (авт. св. СРСР № 670766, кл. F16J 15/16, 1979). Надлишковий тиск в зоні тертя (поршень-гільза) перешкоджає проникненню абразивних зерен з перекачуваного середовища між елементи пари тертя і тим самим попереджує загрозу прояву актів абразивного спрацювання. Крім того, наявність оливи в зоні тертя знижує коефіцієнт тертя і сприяє охолодженню взаємодіючих поверхонь. Відоме ущільнення робить пристрій не ефективним через необхідність спеціальної оливової системи, яка складається з оливового насосу з відповідними елементами (регулятори тиску, ємкість для оливи і т. п.), крім того, обмеженням пристрою є те, що його застосування обмежується насосами односторонньої дії. Відоме також ущільнення, яке містить манжети з манжетотримачами, що розміщені між опорними кільцями, і кільце-поршень, розміщений між манжетами (авт. св. СРСР № 1196580, кл. F 16 J 9/00,15/32,1985). Манжети ущільнення виконані у вигляді порожнистих кілець, а в штоці виконані канали, які з'єднують порожнини манжет з протилежними порожнинами гідроциліндру, при цьому торцьові поверхні манжет з'єднані з порожнинами гідроциліндру через отвори в опорних втулках. Ущільнення гідроциліндру працює таким чином. При подачі робочої рідини в порожнину гідроциліндру, рідина через канал поступає в порожнину манжети протилежну порожнині гідроциліндру напірної в даний момент роботи. Це викликає притиск робочої кромки манжети до ущільнюваної поверхні гільзи, забезпечуючи при цьому необхідну герметичність спряження. В той же час, робоча рідина з напірної порожнини гідроциліндру через отвори в опорних втулках стискає на працюючу в цей момент манжету, рідина з неї через канал в штоці витісняється в порожнину гідроциліндру протилежну напірній. Цим забезпечується циркуляція робочої рідини в порожнині манжети і належне її охолодження. Оскільки ущільнення містить дві манжети, які працюють почергово - рух поршня в одному напрямку супроводжується ущільненням тільки однією манжетою (при реверсі працює друга манжета} це приводить до того, що кожний повний робочий цикл супроводжується втратою робочої речовини через ущільнення гідроциліндру, яка дорівнює подвійному об'єму між внутрішньою циліндричною поверхнею гідроциліндру і зовнішньою циліндричною поверхнею кільця-поршня. Крім того, відома конструкція не забезпечує значної циркуляції рідини, а значить і оптимального охолодження манжети. Викликано це тим, що об'єм внутрішньої порожнини манжети є співмірним з об'ємом каналів в штоці, через які він з'єднується з порожнинами гідроциліндру. Внаслідок цього, що при стискуванні манжети нагріта робоча рідина витісняється в канал, де віддає частину свого тепла. При реверсі більша частина цієї рідини повертається в манжету. Така обмежена циркуляція робочої рідини не забезпечує належного рівня відводу тепла з манжети. Це приводить до перегріву її робочої, ущільнюючої кромки, Ініціює негативні термодеструкційні процеси, які спричиняють спрацюванню манжети, втрату нею функціонального призначення - забезпечення герметичності. В практиці розробки і експлуатації гідравлічних машин та агрегатів взагалі І бурових насосів зокрема, одним з першочергових завдань є забезпечення їх високої надійності І довговічності. Найбільш слабкою ланкою в цих пристроях є вузли тертя, а саме: ущільнення в циліндро-порщневих парах. Викликане це значними навантаженнями між взаємодіючими елементами через динамічний режим роботи та необхідністю забезпечення герметичності, наявністю абразивних включень в робочій рідині, складністю організації ефективного теплообміну в зоні тертя. Саме теплові процеси є основою технічного протиріччя, вирішення якого може значно покращити умови функціонування ущільнюючої пари. Суть цього протиріччя: надійну герметизацію можна досягнути при значному нормальному навантаженні, а велике нормальне навантаження сприяє зростанню коефіцієнту тертя, відповідного збільшення кількості виділеного в процесі тертя тепла, яке, в свою чергу, викликає зростання температури робочих поверхонь. Нагрів поверхні ела-стоміру активізує процеси термодеструкції, які погіршують якість матеріалу, його стійкість при трибологічній взаємодії. В зв'язку з цим, стає актуальною задача розробки герметизаторів, які містять традиційну пару тертя "еластомір" (гума) метал" і, разом з тим, забезпечують високу герметичність, надійність і довговічність роботи. В основу винаходу покладена задача -створити ущільнення гідроциліндру з еластичною манжетою, висока довговічність якого забезпечується ефективним охолодженням за рахунок циркуляції робочої рідини. Поставлена задача досягається тим, що у відомому ущільненні гідроциліндру, яке складається з манжети, виконаної у вигляді порожнистого кільця з манжетотримачем та двох опорних кілець, що утворюють поршень І штоку, в якому виконані канали, які з'єднують порожнину манжети з запоршневими порожнинами гідроциліндру, шток додатково містить двощілинну циліндричну золотникову пару з підпружиненим з обох сторін двохпоясковим золотником, причому канали з'єднують запоршневі порожнини гідроциліндру з відповідними привідними порожнинами золотникової пари, а щілини золотникової пари з порожниною манжети. Наявність в штоці дво щілинної золотникової пари з відповідною системою каналів дозволяє організувати синхронну з роботою гідроциліндру циркуляцію робочої рідини в порожнині манжети, забезпечити її охолодження І тим самим зменшити негативний вплив термодеструкційних процесів, збільшити її довговічність. ПІдпружинення двохпояскового золотника дозволяє одержати такий режим циркуляції робочої рідини в манжеті, який би максимально знизив її температур у І забезпечив мінімальний перетік робочої рідини. Накресленні зображено переріз ущільнення гідроциліндру. Ущільнення містить гільзу 1 і встановлені на штоці 2 два опорних кільця 3,4, які утворюють поршень, манжети 5 у вигляді кільця з порожниною 6 І манжетотримача 7, причому кільця 3, 4 І манжетотримач кріпляться на штоці гайкою 8. Крім того, в ущільнення входить циліндрична золотникова пара, яка складається з власне золотника 9 з двома поясками 10 і 11, розміщеного в отворі 12 з двома поясками 13 І 14. Золотник з обох сторін підпружинений циліндричними пружинами 15,16 і фіксується в отворі 12 гвинтом-заглуш-кою 17. Золотникова пара містить дві привідні порожнини 18 і 19, які каналами 20, 21 з'єднуються з ущільнюваними порожнинами гідроциліндру 22, 23 відповідно, а порожнина манжети 6 через системи каналів 24, 25 з'єднуються з щілинами 13, 14 відповідно золотникової пари. Ущільнення гідроциліндру працює таким чином. При подачі робочої рідини в порожнину 22 гідроциліндру рідина починає циркулювати по системі: канал 20 - привідна порожнина 18 золотникової пари - щілина 13 система каналів 24 - порожнина б манжети 5 - система 25 - щілина 14 - порожнина 19 - канал 21 - порожнина 23 гідроциліндру. Циркуляція здійснюється до тих пір, поки під дією робочого тиску золотник 9 переборюючи зусилля пружини 16 переміститься вправо і своїм пояском 11 перекриє щілину 14. Після цього тиск в манжеті 5 починає зростати: її робоча кромка притискається до ущільнюваної внутрішньої поверхні гільзи 1, забезпечуючи при цьому необхідну герметичність спряження. Починається рух поршня, який складається з двох опорних кілець З, 4 І манжетотримача 7 закріплених на штоці 2 гайкою 8. Під час цього руху в парі "тертя гільза 1 - манжета 5" генерується тепло, яке поглинається тілом манжети 5 І робочою рідиною, що знаходиться в порожнині 6 манжети 5. При досягненні поршнем крайнього положення, коли тиск в порожнинах 22 І 23 вирівнюється, золотник 9 повертається в своє вихідне нейтральне положення, забезпечуючи зазор в обох парах: щілина 13 - порожнина 19 І щілина 14 - порожнина 19. Зміна напрямку переміщення поршня відносно гільзи 1 веде до зростання тиску в порожнині 23. Робоча рідина починає циркуляцію в зворотньому напрямку по системі: канал 21 - порожнина 19 - щілина 14 - система каналів 25 - порожнина 6 манжети 5 -система каналів 24 - щілина 13 - порожнина 18 - канал 20 - порожнина гідроциліндру 22. При цьому відбувається перетік робочої рідини, який сприяє її такому обміну, щоб достатньо охолодити тіло манжети 5 і попередити виникнення в ній термодест-рукційних процесів. Переміщення золотника 9 вліво від положення рівноваги перекриває зазор "щілина 13 - порожнина 18", тиск в манжеті зростає, ущільнюється спряження "поршень - гільза" - починається другий етап робочого ходу. Підбором жорсткості пружин 15, 16 добиваються такого режиму циркуляції робочої рідини в манжеті 5, щоб максимально знизити її температуру І забезпечити мінімальний перетік робочої рідини. Нормальне функціонування золотникової пари в даному випадку забезпечиться при позитивному перекритті золотника, тобто ширина золотникового пояска повинна бути дещо більшою за ширину щілини. Використання запропонованого ущільнення дозволить забезпечити надійну герметичність ущільнення циліндро-поршневої пари гідроциліндру при високій надійності і довговічності.