Складывающийся защитный кожух Копылова

(51) 16 9/38 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ спиральное гофрирование, либо имеет произвольное сочетание утолщения стенок, изменения упругости материала,изменения внутреннего сечения,продольного либо продольно-спирального гофрирования,обладающий максимально унифицированной конструкцией герметичного защитного кожуха, способного надежно работать в широком диапазоне хода штока, а также способного работать в изохорическом режиме при заполнении жидкостью, под давлением и в условиях агрессивных химических воздействий. Для защиты от механических воздействий и крупнодисперсной грязи, складывающийся защитный кожух может быть снабжен дополнительным защитным стаканом и дополнительной защитной крышкой.(54) СКЛАДЫВАЮЩИЙСЯ ЗАЩИТНЫЙ КОЖУХ КОПЫЛОВА(57) Складывающийся защитный кожух Копылова,из эластичного материала,имеющий уплотнительные соединения для герметичного присоединения к цилиндру и штоку цилиндра,отличающийся тем, что область складывания кожуха вынесена за пределы хода штока, а также форма кожуха, в направлении оси штока, имеет утолщение стенок, либо изменение внутреннего сечения, либо изменение упругости материала, либо продольное гофрирование,либо продольно 27182(защитным рукавам), применяемым для защиты от износа штоков гидравлических или пневматических цилиндров, амортизаторов. Уровень техники. Использование гидравлических,а также пневматических систем широко известно. Основными техническими системами, в которых они используются, являются гидравлические и пневматические приводы, а также амортизаторы и демпферы. Очень часто гидро и пневмоцилиндры используются в тяжелых условиях и могут находится под воздействием климатических воздействий,в условиях повышенной загрязненности, в морской воде и т.п. Солевые отложения, грязь и окислы приводят к износу штока, уплотнительных соединений, поршней и цилиндров, что приводит к выходу их из строя. Для предотвращения негативных воздействий используются эластичные защитные кожухи покрывающие область штока либо покрывающие гидравлический цилиндр со штоком целиком. Наиболее наглядными примерами гидравлических систем подверженных воздействию грязи и окружающей среды являются гидравлические и пневмо-гидравлические автомобильные амортизаторы. Основной особенностью эластичных защитных кожухов,рассматриваемого типа,является изменение их формы при возвратно-поступательном движении. Защитные кожухи могут быть герметичными либо негерметичными. Герметичные защитные кожухи из пластичных материалов, при осевом растяжении и сжатии стремятся сохранить внутренний объем жидкости или газа в пространстве между кожухом и штоком неизменным, вследствие чего, при осевом сжатии или растяжении герметичного кожуха, происходит его значительная деформация и изменение габаритов в радиальном направлении по сравнению с негерметичными кожухами, которые могут стравливать газ или жидкость из внутреннего объема. В случае пневматических демпферов происходит сжатие газа, значительные перепады давления и перегрузки эластичных элементов. Ввиду того, что в герметичных защитных кожухах, используемых для защиты штока от пыли и грязи, проблемы значительного изменения формы,перепадов давления и габаритов в радиальном направлении, а также обеспечение надежности, до предлагаемого изобретения,не были удовлетворительно решены, для защиты штока от загрязнений и дальнейшего износа, широкое распространение получили негерметичные пыльники и резиновые кожухи с поперечными гофрами и стравливающими клапанами и отверстиями. Такая конструкция обеспечивает достаточную, компактность и долговечность самого защитного кожуха. Однако, ввиду того что кожух негерметичен, при возвратно поступательном движении, происходит обмен жидкостью либо газом из окружающей среды, что приводит к попаданию грязи внутрь защитного кожуха. При этом кожух, зачастую, не только не обеспечивает надежную защиту от грязи, но и, напротив, может являться ее накопителем. Кроме того, большинство известных защитных кожухов имеют значительное ограничение хода штока при сжатии, обусловленное тем, что расположение складок гофр кожухов и сами кожухи при работе, остаются в пределах хода штока, что значительно ограничивает диапазон хода штока. Известны изобретения МПК (10)2010/085260 1,01/63193 1,2008/037319 1, 2008/119472 1, имеющие эластичную деталь принцип работы которой близок к принципу работы предлагаемого защитного кожуха и представляет собой эластичный рукав способный складываться вовнутрь либо наружу. Эластичная деталь указанных изобретений используется в составе изобретения целиком и ее использование затруднительно в качестве унифицированной детали. Все указанные изобретения являются пневматическими системами вследствие чего, герметичная эластичная деталь всех указанных изобретений не предназначена для работы в изохорическом режиме. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является изобретение (19)(11) 2369786 (13) С 1. Аналог представляет собой резинокордную оболочку способную складываться при движении штока. У указанного аналога имеются значительное массогабаритные ограничения, так как аналог работает при значительных внутренних перепадах давления, а также ограничение хода штока вследствие того что складывание оболочки происходит в области хода штока. Кроме того,указанный аналог предназначен для работы с пневматической системой, вследствие чего, не может работать в изохорическом режиме при заполнении внутреннего объема жидкостью. Сущность изобретения. Цель изобретения. Создание максимально унифицированной конструкции эластичного защитного кожуха,способного надежно работать в широком диапазоне хода штока, а также работать в изохорическом режиме при заполнении жидкостью. Указанная задача решается за счет особой формы защитного кожуха и способа крепления кожуха к цилиндру и штоку цилиндра. Конструкция. На фиг.1 представлены три варианта исполнения складывающегося эластичного защитного кожуха в нерабочем положении, имеющие отличия формы исполнения, а также отличия в местах фиксации посадочных мест для штока и цилиндра. Исполнения кожуха 1, 2 и 3 имеют посадочное место 4 под хомут фиксирующий соединение к штоку, а также посадочное место 5 для герметичного соединения к цилиндру. Исполнение кожуха 2 также имеет канавку 6 под хомут,дополнительно, фиксирующий соединение кожуха к цилиндру и обеспечивающий герметичность. Исполнение кожуха 3. Каждый из предлагаемых вариантов исполнения обладает своими 2 преимуществами и может быть выбран в соответствии с техническими требованиями,предъявляемыми к защитному кожуху. На фиг. 2 показан защитный кожух в рабочем положении герметично соединенный с цилиндром 8 и штоком цилиндра 7. Герметичность соединения обеспечивается плотной посадкой к цилиндру посадочного места 5 и стягивающим хомутом 12. Предлагаемый защитный кожух 1 также защищен внешним дополнительным защитным стаканом 9. Защитный стакан 9 выполняет функцию защиты кожуха 1 от механических воздействий, а также функцию ограничения расширения кожуха в радиальном направлении. Защитный стакан 9 имеет стравливающие отверстия 10 для стравливания газа либо жидкости из пространства между стаканом 9 и кожухом 1. Для стравливания вытесняемой среды,защитный стакан может быть также снабжен продольными либо спиральными гофрами. К основанию защитного стакана 9 плотно прилегает защитная крышка 11 защищающая от попадания внутрь стакана 9 крупнодисперсной грязи. Защитный стакан 9 и защитная крышка 11 плотно присоединены к штоку с помощью фиксирующей гайки 13. В рабочем состоянии защитный кожух 1 имеет условную область растяжения 15 и область складывания 14, образующая складку кожуха вдоль цилиндра. Описание работы. При поступательном движении штока 7 внутрь цилиндра 8 происходит вытеснение газообразной либо жидкой среды во внутреннем объеме защитного кожуха 1 в радиальном направлении и в направлении от штока к цилиндру, вследствие чего происходит перемещение в том же направлении области складывания защитного кожуха 14, но, при этом, перемещение области растяжения 15 происходит в противоположном относительно движения штока направлении. При обратном поступательном движении штока из цилиндра происходит обратное перераспределение газообразной либо жидкой среды и возврат защитного кожуха к исходной нерастянутой форме. Область складывания 14 при движении штока внутрь цилиндра имеет пропорциональное движение вдоль цилиндра в направлении,совпадающем с движением штока за пределами хода штока, тем самым, обеспечивая максимальный диапазон хода штока. Внутренняя область защитного кожуха 1 заполнена таким количеством газообразной либо жидкой среды, при котором область растяжения 15 кожуха 1 напрямую не соприкасается внутренней стороной с цилиндром 8 и расстояние между областью растяжения 15 и цилиндром 8 достаточно для свободного прохождения газа либо жидкости к области складывания 14. Вместе с тем, количество газообразной либо жидкой среды подбирается таким образом, чтобы область растяжения 15 находилась достаточно близко к цилиндру 8 для того чтобы не ограничивать диапазон хода штока 7 при полном сжатии штока. Для того чтобы область растяжения 15 не соприкасалась с цилиндром, не ограничивался ход штока и при этом область складывания была достаточно компактной, должны выполняться принцип ограничения радиального расширения кожуха, принцип возрастания давления внутри защитного кожуха при движении штока внутрь цилиндра, при этом возрастание давления может быть незначительным либо пренебрежимо малым. Ограничение растяжения кожуха в радиальном направлении обеспечивается свойствами и возрастающим внутренним сопротивлением растяжению пластичного материала защитного кожуха, либо жесткой стенкой дополнительного защитного стакана 9 как это показано на фиг.2, либо кордом имеющим складки волокон,не оказывающих значительного сопротивления до полного распрямления и натяжения волокон вследствие растяжения защитного кожуха, либо натяжением стенок кожуха после распрямления продольных гофр,в случае продольного гофрирования. В общем случае, для выполнения принципа ограничения радиального расширения,применение дополнительного защитного стакана 9 не обязательно. Возрастание давления внутри защитного кожуха при движении штока внутрь цилиндра,обеспечивается за счет разности изменения площади внутреннего сечения, либо за счет изменения степени продольного гофрирования кожуха, либо за счет свойств неоднородной эластичности используемого материала кожуха (например, разной степени полимеризации концов кожуха и как следствие разного удельного сопротивления растяжению эластичного материала). Защитный кожух, в зависимости от технических требований и требований условий эксплуатации особенностей внешних воздействий, стоимости,срока службы, конструктивных особенностей пневматических и гидравлических цилиндров может иметь соответствующие конструктивные особенности исполнения - толщину стенок, форму стенок, а также способы ограничения радиального расширения. Исполнение 1 защитного кожуха обеспечивает максимальную компактность кожуха в сравнении с исполнениями 2 и 3. В исполнении 1 защитного кожуха герметичность посадочного места 5 к цилиндру и штоку может обеспечиваться герметизирующими составами или клеями. Кроме того, плотность посадки места соединения кожуха к цилиндру дополнительно обеспечивается за счет давления внутри кожуха стремящегося прижать место соединения кожуха к цилиндру. При необходимости более простого и быстрого монтажа или в случае особых конструктивных особенностей цилиндра (при наличии клепок, неровностей,канавок), более целесообразно исполнение 2 защитного кожуха, предусматривающее применение стягивающего хомута для крепления к цилиндру. Изображение защитного кожуха в исполнении 2 в одном из рабочих положений показано на фиг.3. Исполнение 3 защитного кожуха, снабженное 3 продольными гофрами, конструктивно сложнее,однако имеет более высокую долговечность кожуха и позволяет значительно уменьшить напряжения возникающие в защитном кожухе, нагрузку на кожух и перепад давления внутри кожуха,сравнительно с исполнениями 1 и 2 защитного кожуха, так как принцип ограничения радиального расширения кожуха осуществляется за счет распрямления продольных гофр,а не непосредственного растяжения стенок кожуха. Принцип возрастания удельного давления внутри кожуха в исполнении 3 может достигаться, в том числе, за счет углубления гофр в направлении от места соединения кожуха к цилиндру к месту соединения кожуха к штоку. Изображение защитного кожуха в исполнении 3 в одном из рабочих положений показано на фиг.4. Для дополнительного уменьшения напряжений в защитном кожухе, гофры могут иметь также закрученность вдоль оси симметрии в направлении от места соединения кожуха к цилиндру к месту соединения кожуха к штоку (иметь продольноспиральное исполнение). Если через кожух в исполнении 3 провести плоскость сечения перпендикулярно оси симметрии кожуха, вне областей крепления кожуха к цилиндру и штоку, то геометрическая фигура образуемая сечением будет представлять собой симметричную волнообразную фигуру состоящую из последовательных пар вогнутых и выгнутых по отношению к оси симметрии незамкнутых колец,последовательно замыкающих друг друга симметрично по круговой линии вокруг центра волнообразной фигуры. В общем случае пары незамкнутых колец чередуются через угол 360/,где - число пар вогнутых и выгнутых незамкнутых колец равное числу гофр. На рис. 6 показаны варианты сечения волнообразных кожухов с 2,3, 6, 12. Исполнение защитного кожуха с большим или меньшим числом гофр подбирается в соответствии с техническими условиями. Если толщину стенки гофрированного продольными гофрами кожуха в плоскости перпендикулярной оси симметрии обозначить как , то серединная линия кожуха (средняя линии между внутренней и внешней поверхностью защитного кожуха) проходит на расстоянии /2 от внутреннего и внешнего края сечения. Радиус выпуклой поверхности до серединной линии р, радиус вогнутой поверхности до серединной линии с. Пары вогнутых и выгнутых поверхностей сечения чередуются через угол 360/. Радиусы вогнутых и выгнутых поверхностей, а также длины дуг с радиусами р и с будут оптимальны в том случае если напряжения в кожухе возникающие при осевом сжатии кожуха и последующем распрямлении продольных гофр и увеличении внутреннего давления кожуха,соответственно увеличении радиусов вогнутых и выгнутых поверхностей, будут одинаковы для вогнутой и выпуклой поверхности. Для выполнения равенства напряжений,возникающих при распрямлении продольных выполнятся равенство где,р - радиус до серединной линии (средней линии между внутренней и внешней поверхностью защитного кожуха) дугообразных выпуклых поверхностей сечения кожуха волнообразной формы- радиус до серединной линии (средней линии между внутренним и внешним краем сечения защитного кожуха) дугообразных вогнутых поверхностей сечения кожуха волнообразной формы р - коэффициент выражающий отношение длины дуги с радиусом р к длине окружности 2 р с - коэффициент выражающий отношение длины дуги с радиусом с к длине окружности 2 с- количество пар вогнутых и выгнутых поверхностей- корректирующий коэффициент, отражающий неравномерность толщинывогнутых и выпуклых поверхностей. Коэффициентотличен от единицы в том случае, когда нужно искусственно внести изменения оптимального радиуса вогнутых либо выпуклых поверхностей при неоднородной толщине кожуха в выпуклой и вогнутой части. Способ заполнения защитного кожуха жидкостью. Заполнение защитного кожуха жидкостью может осуществляться путем оттягивания,места соединения защитного кожуха к штоку дальше конца штока и заполнением через соединительное отверстие либо через клапан конструктивно соединенный с защитным кожухом либо встроенный в защитный кожух. Применение и преимущества. Все предлагаемые варианты исполнения защитного кожуха могут работать как при заполнении жидкостью так и газом, а также могут работать в изохорическом режиме и под большим давлением внешней среды. Предлагаемые варианты исполнения защитного кожуха могут быть использованы во всех отраслях промышленности и машиностроения, где могут быть использованы гидравлические или пневматические цилиндры со штоками. Применение предлагаемого защитного кожуха позволяет значительно увеличить срок службы гидравлических и пневматических цилиндров ввиду герметичности конструкции, полного отсутствия химических воздействий внешней среды и абразивного износа. При помощи предлагаемого защитного кожуха,может быть значительно расширен диапазон применения гидравлических и пневматических устройств, для работы в условиях повышенной агрессивности химических воздействий 4 Предлагаемый защитный кожух позволяет штоку цилиндра работать в большом диапазоне хода,практически не ограничивая его ход при возвратнопоступательном движении. Применение предлагаемых защитных кожухов может быть незаменимо в тех случаях когда необходимо обеспечить надежную долговременную работу гидравлических и пневматических систем, а также в тех случаях когда экономические расходы,связанные с заменой вышедшего из строя гидравлического или пневматического цилиндра,могут многократно превышать стоимость самого вышедшего из строя цилиндра из за простоя оборудования и рабочего процесса. Применение предлагаемых защитных кожухов,позволяет создавать более энергоемкие конструкции гидравлических и пневматических узлов, надежно работающих под более высоким давлением, а также позволяет снизить требования к материалам,качеству штоков и уплотнений в применяемых цилиндрах, что, в свою очередь, позволяет значительно снизить стоимость изготавливаемых гидравлических или пневматических цилиндров,если их срок службы удовлетворяет предъявляемым требованиям. В случае механического разрыва или износа защитного кожуха, его замена не является трудоемким процессом, в сравнении с ремонтом сложных гидравлических или пневматических цилиндров,что позволяет экономить на эксплуатационных расходах. Вместе с тем, срок службы до износа защитных кожухов определяется качеством их изготовления и в случае применения износостойких материалов (в частности на силиконовой или уретановой основе) может быть очень длительным. Формула изобретения. Складывающийся защитный кожух Копылова, из эластичного материала, имеющий уплотнительные соединения для герметичного присоединения к цилиндру и штоку цилиндра, отличающийся тем,что область складывания кожуха вынесена за пределы хода штока, а также форма кожуха, в направлении оси штока, имеет утолщение стенок,либо изменение внутреннего сечения, либо изменение упругости материала, либо продольное гофрирование,либо продольно-спиральное гофрирование, либо имеет произвольное сочетание утолщения стенок, изменения упругости материала,изменения внутреннего сечения, продольного либо продольно-спирального гофрирования. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Складывающийся защитный кожух из эластичного материала, имеющий уплотнительные соединения для герметичного присоединения к цилиндру и штоку цилиндра, отличающийся тем,что область складывания кожуха вынесена за пределы хода штока. 2. Складывающийся защитный кожух по п.1,отличающийся тем, что герметичное соединение к гидравлическому либо пневматическому цилиндру и штоку цилиндра осуществляется плотной посадкой либо герметизирующими составами или клеями, либо применением стягивающих хомутов. 3. Складывающийся защитный кожух по п.1,отличающийся тем, что кожух имеет утолщение стенок в продольном направлении от цилиндра к штоку цилиндра. 4. Складывающийся защитный кожух по п.1,отличающийся тем, что внутреннее сечение кожуха изменяется в продольном направлении. 5. Складывающийся защитный кожух по п.1,отличающийся тем, что упругость эластичного материала кожуха изменяется в продольном направлении. 6. Складывающийся защитный кожух по п.1,отличающийся тем,что кожух снабжен продольными либо продольно-спиральными гофрами. 7. Складывающийся защитный кожух по п.1,отличающийся тем,что кожух снабжен вспомогательным защитным стаканом или кордом. 8. Складывающийся защитный кожух по п.7,отличающийся тем,что вспомогательный защитный стакан кожуха снабжен стравливающими отверстиями или продольными либо продольноспиральными гофрами,а также снабжен дополнительной защитной крышкой. 9. Складывающийся защитный кожух по п.6,отличающийся тем, что продольное либо продольно-спиральное гофрирование кожуха имеет переменную глубину гофрирования. 10. Складывающийся защитный кожух по п.6,отличающийся тем, что форма гофр подбирается в соответствии с выполнением равенства где, - радиус до серединной линии дугообразных выпуклых поверхностей сечения кожуха волнообразной формы- радиус до серединной линии дугообразных вогнутых поверхностей сечения кожуха волнообразной формы р - коэффициент, выражающий отношение длины дуги с радиусом р к длине окружности 2 р с - коэффициент, выражающий отношение длины дуги с радиусом с к длине окружности 2 с- количество пар вогнутых и выгнутых поверхностей корректирующий коэффициент,отражающий неравномерность толщины стенок кожуха в вогнутой и выпуклой частях.