Уплътняване на хидравлични цилиндри

ХидравликаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2013

Хидравличните цилиндри са широко използвани в практиката изпълнителни механизми за осъществяване на линейно движение и предаване на сила към работните органи на различни машини, което обяснява и разнообразието от конструктивни решения. Особено важен елемент от конструкцията на хидроцилиндрите се явяват използваните уплътнения. Те са сред основните фактори за осигуряването на дълъг експлоатационен срок на хидроцилиндъра, както и на безпроблемната му работа. Съответно, използването на некачествени уплътнения създава опасност от възникването на проблемни ситуации.

Две групи уплътнения
Обикновено за уплътняване на хидравлични цилиндри се използват две групи уплътнения. Към едната се включват статичните уплътнения, а към другата - динамичните. Сред често използваните статични уплътнения с кръгло или правоъгълно сечение. Те намират приложение при уплътняване на пространствата между цилиндровата тръба и капаците, между капака и водещата втулка, между буталото и буталния прът.

Първоначалната херметичност се създава за сметка на контактното налягане, получено при предварително деформиране на пръстена в процеса на монтаж. Добре е да се има предвид, че под въздействието на работното налягане е възможно да възникне явлението екструзия, при което част от уплътнителя преминава в междината между уплътняваните детайли. За да се предотврати възникването на екструзия, се използват защитни пръстени, разположени от страната на по-ниското налягане. Препоръчително е използването им при налягания по-високи от 100 bar.

Динамичните уплътнения се използват предимно при уплътняване на буталото и буталния прът. Сред изискванията към тези уплътнения са освен осигуряването на херметичност, така и на малки сили на триене и износване. Обикновено видът на уплътнението се съобразява с начина на работа на хидроцилиндъра, като се използват специално конструирани уплътнения съответно за еднодействащи и двойнодействащи цилиндри.

Уплътняване на буталния прът
Доброто уплътняване на буталния прът е решаващ фактор за работата на хидравличния цилиндър като цяло. Наличието на пропуски през това уплътнение би могло да създаде предпоставки за възникването на инциденти и замърсяване и вреди на околната среда. Едно от най-често използваните решения е комбинирано уплътнение от О-пръстен и плъзгащ пръстен. Този вид уплътнение е подходящо и при тежки условия на работа. О-пръстенът служи за създаване само на начално притискане. Уплътнителната сила върху плъзгащия пръстен се създава от работното налягане на течността. Сред често използваните материали за изработване на пръстена са тефлон и бронзови сплави.

За уплътняване на буталните пръти приложение намира и маншетното уплътнение. Използва се и при уплътняване на бутала. Маншетните уплътнения представляват еластичен профилен пръстен с U-образна форма. За изработването им се използват различни материали. Често използван материал е полиуретанът. В случаите на ниско или нулево налягане херметичността се осигурява от еластичните свойства на пръстена, който се свива при монтажа. С увеличаване на налягането на течността плътността на контакт се повишава. Принципно уплътнението е едностранно. При използването му за двойнодействащи цилиндри върху буталото се монтират симетрично две уплътнения.

Други използвани уплътнения за бутала и бутални пръти са шевронните. Намират широко приложение при сравнително тежки условия на работа. Представляват пакет от няколко последователно наредени маншети с определен профил, които се монтират в пръстеновидно уплътнително пространство. При монтаж на уплътнението от страната на ниското налягане се поставя опорен пръстен, а откъм страната на високото налягане - притискащ пръстен. По този начин уплътнението има няколко контактни повърхнини. Началното контактно налягане обикновено се създава чрез осов натиск върху пакета с помощта на притискаща втулка и резба или с еластичен елемент (пружина). Стегнатостта се проверява периодично.

За уплътняване на буталото е възможно използването и на метални пръстени (сегменти). Това е един от най-простите начини за уплътняване, който се характеризира с голяма дълготрайност. Считат се за много подходящи в условия на високи температури и налягания. Конструктивно сегментите представляват разрязани пружиниращи пръстени с правоъгълно сечение, които се монтират в специални канали върху цилиндричната част на буталото. Благодарение на еластичността на пръстена между цилиндъра и пръстена възниква контактно налягане, средната стойност на което зависи от редица фактори.

При използването на метални пръстени намиращият се под налягане флуид прониква под пръстена и допълнително го притиска към стената на цилиндъра. Уплътнителният ефект се създава за сметка на голямото съпротивление, което се оказва на флуида при протичането му през лабиринт (тесен процеп) между пръстена и стената на канала в буталото. Добре е да се има предвид, че този тип уплътнения не могат да създадат пълна херметичност, тъй като са срязани. По тази причина те се конструират с няколко последователно вградени пръстена. Срезовете им се разместват по периферията на буталото, като се използват различни форми на среза: права; скосена; стъпална.

Металните пръстени не могат да компенсират отклоненията от геометричната форма на уплътняваните детайли, поради което е необходимо те да са подложени на прецизна обработка. Материалите, които се използват за изработката на метални пръстени, най-често са перлитен чугун, но също така в зависимост от работната среда се предлагат и пръстени от стомана, бронз, текстолит, флуоропласт.

Сегментите обикновено са с два пъти по-дълъг експлоатационен срок спрямо маншетните уплътнения. Недостатъците им са свързани с по-големите утечки поради прореза на пръстена, сложната технология на изработка и повишените изисквания към обработката на вътрешната повърхнина на цилиндровата тръба. При налягания до 100 bar се използват 2 - 3 сегмента, а при по-високи налягания от 4 до 9 броя. При ниски линейни скорости от порядъка на до 0,3 m/s се допуска използването и на самостоятелни О-пръстени.

По-рядко използвани са еластичните пръстени с правоъгълно сечение. При налягания до 50 bar и там където е възможно пропуските да се компенсират за сметка на по-голямата производителност на помпата, се допуска използването на уплътняване чрез шлифоване, при което ефектът се постига от малката хлабина между триещите се повърхности.

За нормалното функциониране на хидроцилиндрите, особено за работещите в тежки условия, важно значение имат водещите пръстени, чието основно предназначение е да осигурят добро водене на буталото в цилиндровата тръба и на буталния прът в уплътнителния капак. Като също така е необходимо да ограничат до минимум възможността за радиални премествания при наличието на странично действащи сили. В съвременните хидравлични цилиндри тези пръстени се изработват предимно от пластичен материал, което спомага за намаляване на силата на триене и износването на цилиндъра.

Все по-често използвани са и компактните двойнодействащи уплътнения.
Наличието на твърди замърсявания в работната течност на хидравличната система е основна предпоставка за възникване на повреди и съкращаване на работния срок на уплътненията. Най-често замърсяванията постъпват през буталния прът, поради което в конструкцията на хидроцилиндрите обикновено се включва т. нар. почистващ пръстен (чистач). Необходимо условие за ефективната му работа е доброто му прилягане върху буталния прът, като осигурява достатъчно високо контактно налягане.

Сред използваните материали е полиуретан с относително висока твърдост. За ефективна се счита и конструкцията с метална армировка, която фиксира формата и положението на почистващия ръб, и осигурява достатъчно контактно налягане. За по-тежки приложения се препоръчва използването на двойнодействащ почистващ пръстен. За най-тежките приложения обикновено се използва двойна уплътнителна система.

Top