Хидравлични и пневматични уплътнители

• В зависимост от приложението видът на необходимите уплътнители е различен, но тяхното предназначение си остава едно-единствено – да създадат сигурно, флуидонепропускливо уплътнение
  
  
• Подходящите материали за уплътнители трябва да се изберат така, че да се постигнат приемлив сервизен живот и интервали на обслужване
  
  
• Много е важно да се гарантира, че съединените части са чисти и че експлоатационните параметри на уплътнителя няма да бъдат компрометирани от наличието на замърсители

Проектирането на уплътнители за хидравлични и пневматични системи изисква внимателно обмисляне на взаимодействието между всички техни компоненти, работните условия и изискванията на приложението. Уплътнителите са важни, защото поддържат флуидната среда и налягането в цилиндрите и задържат замърсителите извън тях. Водещите пръстени предоставят ефективно насочване на компоненти, които са в относително движение един спрямо друг, и поемат радиални натоварвания, действащи на цилиндрите. Изборът на правилния уплътнител за дадено приложение изисква отчитането на множество фактори. Затова производителите на хидравлични и пневматични уплътнители ги предлагат в разнообразие от профили, материали и размери, осигурявайки оптимални решения за конкретните работни условия и приложения.

Основни видове хидравлични уплътнители

Предлагат се различни видове уплътнители за хидравлични цилиндри – от прости о-пръстени до сложни ротационни уплътнители. В зависимост от приложението видът на необходимите уплътнители е различен, но тяхното предназначение си остава едно-единствено – да създадат сигурно, флуидонепропускливо уплътнение.
Уплътнителите за бутало са механични компоненти, ограничаващи течовете между части във възвратно-постъпателно движение, т.е. основната им функция е да формират уплътнение между корпуса на цилиндъра и буталото, предотвратявайки изтичане на смазочни вещества и газове. Те спомагат и за поддържане на налягането в цилиндъра, позволявайки на буталото да се движи ефективно. Уплътнителите за бутало се използват в различни приложения, като въздушни компресори, хидравлични помпи и двигатели с вътрешно горене.

Чистачите не позволяват навлизането на мръсотия, отломки и други замърсители в една система или машина. Обикновено те се използват за приложения като хидравлични цилиндри, помпи и клапани и могат да бъдат изработени от различни материали – каучук, полиуретан и термопластични еластомери. Проектирани с прагче, което е в контакт с повърхността на системата при движение, те елиминират всякакви отлагания. В допълнение, чистачите предоставят още една преграда срещу навлизането на течности и газове. Те обикновено се използват в комбинация с други уплътнители, като о-пръстени и уплътнители за прът, за осигуряване на цялостно уплътнение.

Хидравличните уплътнители за прът функционират като преграда за налягане и поддържат работната течност във вътрешността на цилиндъра. Те също така регулират флуидния филм, който се разширява с повърхността на пръта на буталото. Това е важно за инхибиране на корозията на пръта и смазване и на чистача, и на самия уплътнител за прът. Те също така приемат обратно смазочния филм в цилиндъра при прибиране на пръта.

Буферните уплътнители защитават уплътнителите за прът от пикове в налягането на флуида при прекомерно високи налягания в системата. Те допринасят и за затихване на флуктуациите в системното налягане, благодарение на което подобряват експлоатационните характеристики на уплътнителя за прът, като му дават възможност да се справи с по-постоянни или постепенно променящи се налягания. Буферните уплътнители спомагат и за защитаване на уплътнителя за прът от замърсители, например метални частици. Уплътнителите за прът и буферните уплътнители са подходящи за мобилни и индустриални приложения, като селскостопанска и строителна техника, която е изложена на замърсявания, прах и влага.

Водещите пръстени се монтират на бутала и пръти на хидравлични цилиндри, за да поглъщат страничните натоварвания и да предотвратят контакта между две плъзгащи се метални части. Обикновено те се поставят по-навътре от буферните уплътнители и уплътнителите за прът и трябва да бъдат смазвани със същото смазочно вещество, използвано в хидравличната система.
Тези пръстени се предлагат в изпълнение от метал и неметал. При избора на водещи пръстени следва да се отчетат фактори като диаметрите на пръта и буталото, дължината на хода, налягането, вида на уплътнителя и смазването.

Използвани материали

Материалите играят централна роля по отношение на експлоатационните характеристики и дълготрайността на уплътнителите. Обикновено хидравличните уплътнители са подложени на разнообразни работни условия, като широк температурен диапазон, контакт с различни хидравлични флуиди и външната среда, както и високи налягания и сили на контакт. Подходящите материали за уплътнители трябва да се изберат така, че да се постигнат приемлив сервизен живот и интервали на обслужване. Налично е богато разнообразие от материали за уплътнители от четири основни групи полимерни материали: термопластични еластомери като полиуретан (TPU) и термопластични полиестерни еластомери (TPC); каучуци като нитрилен каучук (NBR) и хидрогениран нитрилен каучук (HNBR), флуоровъглеродни каучуци (FKM, FPM); политетрафлуороетилен (PTFE) и неговите съединения; твърди термопластични и термореактивни полимери и техните композити.

За поддържане на основната функция на уплътнителите в рамките на очаквания им експлоатационен живот са необходими множество различни свойства на материалите, например добра еластичност в широк температурен обхват, особено при ниски температури, достатъчна твърдост и гъвкавост за избягване на течове и лесен монтаж, добра химична съвместимост за покриване на разнообразие от хидравлични течности, като минерални и синтетични масла, биоразградими течности, такива на водна основа и пожароустойчиви течности. Изключително важни са и отличните трибологични свойства – ниски стойности на триене и висока износоустойчивост с цел постигане на висока ефективност и избягване на преждевременни повреди при уплътняване на грапави повърхности.

В допълнение, структурата и морфологията на полимерите правят избора и специфицирането на материал за уплътнители много по-сложен в сравнение с други материали, използвани в машинното инженерство (например стомана или алуминий). Механичните свойства на полимерните материали силно зависят от времето, температурата, натоварването и скоростта на движение. Комплексни междумолекулни процеси влияят върху феномена на релаксация на напрежението. Трибологичните условия на системата също оказват силно влияние върху поведението на материала, от който са изработени уплътнителите, и обратно. Затова авангардни уплътнителни системи могат да бъдат разработени само чрез тясно сътрудничество между експерти по материалознание и проектанти на продукти, подпомогнати от усъвършенствани инструменти за анализ и изпитване.

Полиуретаните съчетават еластичните свойства на еластомерите с обработваемостта на термопластичните материали. Уплътнителите, изработени от полиуретани, предоставят отлична устойчивост на износване и налягане и предотвратяват течове. Благодарение на тяхната еластичност и гъвкавост те са лесни за монтаж. Специалните класове полиуретани за уплътнители се характеризират с върхови показатели по отношение на остатъчна деформация при натиск и релаксация, както и по-добра температурна стабилност в сравнение с конвенционалните индустриални класове.

Каучуците се използват широко за уплътнители за въртеливо движение, статични уплътнителни елементи и динамични уплътнители. В зависимост от химичния състав, каучуците могат да покрият широк температурен диапазон от до 200°C и да издържат на разнообразие от хидравлични течности. NBR еластомерите имат твърдост в интервала от 70 до 90 shA и намират най-широко приложение сред каучуците в хидравлични системи. За по-високи температури и по-агресивни хидравлични течности експертите препоръчват HNBR или FKM еластомери.

PTFE е полимер с уникални свойства – заради химичния си състав той е пластмасата с най-висока химична устойчивост и най-нисък коефициент на триене. Има обаче и някои ограничения – по отношение на механичните му свойства и износването. Поради това PTFE много често се модифицира чрез добавяне на различни органични и/или неорганични пълнители с цел подобряване на специфични свойства като устойчивостта на износване и екструзия. PTFE е предпочитан материал за приложения, изискващи прецизно позициониране на хидравлични цилиндри. Поради повишения модул на еластичност в сравнение с каучуците и полиуретаните монтажът на уплътнителите от PTFE обикновено не е много лесен и изисква използването на специални инструменти и процедури.

Нееластичните термопластични и термореактивни материали и техните композити се характеризират с много по-голяма твърдост и коравина, както и с по-ниска еластичност в сравнение с полиуретаните, каучуците и PTFE. Поради тази причина те се използват за компоненти, за които механичната якост има по-голямо значение от гъвкавостта, като водещи пръстени или специални уплътнители за бутало при приложения с големи натоварвания.

Пневматични уплътнители и техните приложения

Пневматичните уплътнители са от съществена значимост за редица индустриални отрасли – от производството до автомобилостроенето и от авиокосмическия сектор до нефтената и газовата промишленост. Те играят ключова роля за гарантирането на ефективността и надеждността на пневматичните системи, като предотвратяват течовете на сгъстен въздух или газ.

Уплътнителите за пневматични системи обикновено се използват в приложения, изискващи плътно уплътнение между подвижни части в пневматични цилиндри, клапани и други видове пневматично оборудване. Пневматичните уплътнители, предлагани на пазара, се изработват от различни материали, включително каучук, полиуретан, PTFE и метал, в зависимост от изискванията на конкретното приложение.

Пневматичните уплътнители също са няколко вида, всеки от които е предназначен за определени приложения. Уплътнителите за бутало се инсталират в пневматични цилиндри, създавайки уплътнение между буталото и отвора на цилиндъра. Те предотвратяват случаите, в които въздухът или газът могат да заобиколят буталото, гарантирайки ефективното функциониране на цилиндъра.

Уплътнителите за прът се монтират върху пръта на пневматичния цилиндър и предотвратяват изтичането на сгъстен въздух или газ по продължението му. В допълнение, те защитават пръта от замърсители, които могат да увредят цилиндъра.

Чистачите се използват за почистване на пръта на пневматичните цилиндри и не позволяват навлизането на замърсители в тях. Обикновено те се инсталират пред уплътнителите за прът и спомагат за удължаване както на техния експлоатационен живот, така и на този на цилиндъра.
О-пръстените са широко използвани пневматични уплътнители благодарение на ефективността и универсалния си характер. Те са кръгови и се монтират в канали за създаване на уплътнение между две съединени части. О-пръстените се предлагат в изпълнение от различни материали, в различни размери и форми, за да отговорят на изискванията на различни приложения.

Използването на пневматични уплътнители в индустриални приложения изисква внимателното обмисляне на различни фактори, като вид на уплътнителя, материал, размер и условия на експлоатация. Преди да се пристъпи към избора на уплътнител е жизненоважно да се познават специфичните изисквания на приложението. Трябва да бъдат отчетени фактори, като работната температура, налягането, скоростта и видът на средата (въздух или газ). Тези параметри ще помогнат да се определи подходящият вид уплътнител и материал за съответното приложение.

Изборът на правилния материал за уплътнителите е критично важен за гарантиране на издръжливостта и експлоатационните им параметри. При селектирането на материал следва да бъдат взети предвид фактори като химична съвместимост, температурна устойчивост и износоустойчивост. Каучуковите уплътнители например са подходящи за общи приложения, докато полиуретановите са идеални за среди с високи налягания и температури.

Правилният монтаж на пневматичните уплътнители също има огромно значение за ефективността им. Потребителят трябва да спазва препоръките на производителя по отношение на инсталационните процедури, включително за дизайна на каналите, смазването и изискванията за предварително натоварване. Много е важно и да се гарантира, че съединените части са чисти и че експлоатационните параметри на уплътнителя няма да бъдат компрометирани от наличието на замърсители.

Като всеки друг механичен компонент, пневматичните уплътнители изискват регулярна инспекция и поддръжка, за да се осигури постигането на оптималните им характеристики на експлоатация. Уплътнителите следва редовно да се проверяват за износване, увреждане или течове, като уплътнителите, показващи признаци на износване или повреда, трябва да се подменят, за да се предотвратят откази на системата и престои на оборудването.