Уплотнительное устройство для поршня

(19) 51)5 Р 16 ) 15/3 Е ИЗОБРЕТЕНИВИДЕТЕЛЬСТВУ СА АВТО РСКО де и) сгт- предел т уплотнительного Р - гидроста сти на манжету ния); К- поправоч ющий влияние ф сил трения по их формирование к кольцами и рабо ровой втулки.екучести мате устройства; тическое давлпоршня (давленый коэффици ормы раздвиж торцевым повеонтактного дав чей поверхнос иала втул 6 ние жидкоие нагнетаент, учитываных колец и рхностям на ления между тью цилиндГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) 1(56) Авторское свидетельство СССРМ 1601442, кл, Р 16 ) 15/32, 1989.(54) УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ ПОРШНЯ. Предлагаемое техническое решение относится к гидромашиностроению, в частности куплотнительным устройствам поршневых насосов одностороннего и двухстороннего действия.Целью изобретения является увеличение ресурса поршня за счет обеспечения постоянства зазора между. разрезными кольцами и рабочей поверхностью цилиндровой втулки.Толщина втулки выбирается такой, чтобы при расчетном гидростатическом давлении жидкости на манжету, напряжение в радиальном сечении втулки (в окружном направлении) достигало предела текучести материала.:Для обеспечения условий пластического деформирования втулки и снижения контактного давления на поверхности контакта разрезных колец и цилиндровой втулки, толщина втулки должна приниматься иэ соотношения, определяемого теорией расчета тонкостенных цилиндров:РО 2опорным буртом установлена уплотнительная манжета. Разрезные кольца и втулка размещены в проточке, выполненной на части манжеты, между торцовыми поверхностями манжеты и бурта. На внутренней цилиндрической поверхности колец выполнены проточки, в к-рые установлена втулка с образованием с внутренней поверхностью колец общей цилиндрической поверхности, Втулка выполнена из пластически деформируемого материала с механическими свойствами, удовлетворяющими заданному соотношению 1 з.п, ф-лы. 6 ил. аметр поршня (цилиндровой втулВеличина поправочного коэффициента К определяется эмпирическим путем на основе экспериментальной обработки поршня. Причем по своему физическому смыслу величина коэффициента К меньше единицы.Втулка, работающая в пластической зоне напряжений, получает остаточную деформацию между рабочей поверхностью цилиндровой втулки и раздвижными кольцами, определяемую соотношением:(2) где Е - модуль упругости материала.В соответствии с формулой 2 отношение - характеризует одно из основных тре(7 тЕбований к выбору материала для втулкиуплотнительного устройства. Чем ниже величина этого соотношения, тем будет меньше уплотняемый зазор Ьд = сопэ 1 и,соответственно, будет повышаться ресурсманжеты поршня за счет снижения объемаманжеты, выдавливаемой в уплотняемыйзазор,В других источниках информации не обнарукено технических решений, порочащихкритерий существенного отличия предлага.емого технического решения.20На фиг.1 и 2 показаны сечения и проекция по оси цилиндро-поршневой пары; нафиг,3 в проекции и сечения разрезных колец,Уплотнительное устрейство для поршняс радиальным авторасширением содержит;сердечник с опорным буртом 1; резиновуюманжету 2; разрезное упругое кольцо 3, прилегающее к манжете и имеющее Ч-образныеразрезы, обращенные в сторону манжеты; 30раздвижное упругое кольцо 4, прилегающеек торцовой поверхности цилиндрического пояска сердечника, втулку 5, обладающую определенными геометрическими параметрами исвойствами материала при растяжении и установленную в проточке 6; цилиндровуювтулку 7, контактирующую по рабочей (внутренней) поверхности с манжетой 2 и раздвижными кольцами 3 и 4 в такте нагнетания (привоздействии. сжимающей жидкости на манжету поршня),Работает уплотнительное устройствоследующим образом, Г)осле установки поршня в новую или частично изношенную цилиндровую втулку формируется исходный 45(монтажный зазор Ь между рабочей поверхностью втулки 7 и разреэными кольцами 3 и 4. На первом этапе деформированияманжеты 2 нарастание напряжения сжатияв поверхностном слое манжеты происходит 50более интенсивно, чем внутри манжеты, Поверхностный силовой поток воздействия наЧ-образные вырезы разрезного кольца 3разжимает его и перекрывает зазор Ь дО. момента, когда напряжение резины достигает критической величины и начинается выдавливание манжеты в этот зазор, По меревыравнивания напряжения сжатия по всемуобъему манжеты 2 будет происходить деформация (расширение) втулки 5, которая будет разжимать разрезное кольцо 4 и на конечном этапе процесса деформирования определит величину контактного давления разреэных колец 3 и 4 на уплотняемую поверхность, Если исходный зазор Ьч оказался больше величины Ь, определяемой по формуле (2), т,е, Ьч Ьу, то втулка получит остаточную деформацию, т,е. увеличение диаметра на величину 2 ( Ьм - Ь). После разгрузки поршня (в такте всасывания) между разрезными кольцами и рабочей поверхностью цилиндровой втулки сформируется зазор Ь, который будет сохраняться в течение полного срока службы поршня, т.к, по мере износа рабочей поверхности втулки и разрезных колец будет происходить дальнейшее пластическое деформирование втулкИ устройства, компенсирующее увеличение зазора свыше критической величины Ь = сопэ, Все последующие циклы нагружения поршня (в.такте нагнетания) будет происходить при величине уплотняемого зазора Ь,Описанным выше условиям работы кольца наиболее полно отвечают материалы, обладающие низким пределом текучести о и относительно большой величиной площадки текучести. Величина площадки текучести. определяемая как относительное удлинение при растяжении, определяет возможную величину износа пары трения, которая может быть скомпенси рова на остаточной деформацией втулки.Например: для армо-железа с ат = 120 МПа и Е = 0,2 10 МПа имеемсй 0,12 10 - 06 10 3Е 02 106Как следует иэ формулы (2), это соотношение обеспечивает для поршня диаметром О = 200 мм величину уплотняемого зазора Ь, которая не будет превышать 0,06 мм, т.е, Ь0,06, Поскольку у армо-железа предел выносливости при растяжении (7.1 Р на базе Мо = 10 . циклов нагружения практически7совпадает с пределом текучести, то следуЬ также ожидать достаточно высокий ресурс пластически деформируемого кольца, который можно рассчитать по формуле:Т60 игде и - число ходов поршня в мин,При М = 120 ходов/мин, ресурс поршня по критерию усталостной прочности пластически деформируемой втулки составит:1809218 1107Т80 120 1390 ч. Принимая во внимание сложность учетафакторов, влияющих на выбор толщинывтулки, при определении поправочного коэффициента К следует полагаться на экспериментальные данные деформированияуплотнительного устройства поршня, получаемые на специальном стенде,Качественная сторона технико-экономических преимуществ предложенного технического решения заключается в том, чторезультат изменения конструкции раздвиж. ных колец и втулки, а также требований кдеформационным и прочностным свойствам материала втулки, достигается постоянство контактного давления и уплотняемогозазора в паре трения поршень-втулка, Засчет этого достигается дальнейшее повышение ресурса пары трения покритерию герметичности поршня,ф 2д 5 6 9 Формула изобретения 1, Уплотнительное устройство для поршня, содержащее сердечник поршня с опорным буртом, установленную на нем уплотнительную манжету, разрезные кольца и втулку, размещенные в проточке, выполненной на части манжеты, между торцовыми поверхностями манжеты и опорного бурта, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что на внутренней цилиндрической поверхности колец выполнены проточки, в которые установлена втулка с образованием с внутренней поверхностью колец общей цилиндрической поверхности, при этом втулка выполнена из пластически деформируемого материала.2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что втулка выполнена из материала с механическими свойствами, удовлетворяющими соотношению- " 1 10-Егде с - предел текучести;Е - модуль упругости,1809218 иг 3 фиг, 6 Фи. 4 оставитель В. Шэяхметовехред ММоргентал : . Корректор Л. Пилипенк Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина,Заказ 1278 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобратениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5