Раздел 11. Уплотнительные устройства

Тема 21. Уплотнительные устройства предназначены для пре­дотвращения наружных и внутренних утечек рабочей жид­кости. Поскольку рабочей средой гидравлических приводов являются жидкости, то в местах разъемных и тем более подвижных соединений возникает необходимость в уплотнительных устройствах. Главным элементом уплотнительного устройства является уплотнитель, который непосредственно запирает жидкость между уплотняемыми поверхностями.

Высокая степень герметизации является наиболее важ­ным параметром уплотнительного устройства. Если небольшие внутренние утечки жидкости (из напорной ли­нии в сливную) могут иметь место, то внешние утечки совершенно недопустимы. Внутренние утечки ведут к потере мощности, нагреву жидкости, снижению скорости гидродвигателей и, как следствие, снижению производительности машин, вызывают перекосы металлоконструк­ции грузоподъемных механизмов, препятствует созданию необходимого давления. Внешние утечки, кроме вышепе­речисленных отрицательных факторов, приводят к невоз­вратным потерям рабочей жидкости, создают неопрятный вид машин, попадают в электроприборы, тормоза и выво­дят их из строя, представляют пожарную опасность. В одной гидрофицированной машине имеется несколько десятков уплотнителей разной конструкции и назначения. Выход даже одного из них ведет к снижению эффектив­ности, а иногда и полной потере работоспособности гидропривода.

По характеру взаимодействия уплотнительных соеди­нений уплотнительные устройства подразделяются на три группы:

- уплотнительные устройства для соединений с воз­вратно-поступательным движением (штоки, поршни, зо­лотники);

- уплотнительные устройства для соединений с вра­щательным движением (валы, оси);

- уплотнительные устройства для неподвижных соеди­нений (фланцы, крышки, вкладыши гильз цилиндров).

По принципу действия уплотнительные устройства подразделяются на два класса: контактные и бесконтакт­ные. Последние характеризуются отсутствием уплотнительного элемента (уплотнителя). Бесконтактные уплотнитель­ные устройства используются в направляющей и регули­рующей гидроаппаратуре, аксиально-поршневых насосах для предотвращения внутренних утечек жидкости из на­порной линии в сливную. Уплотняющий эффект в них создается за счет зазора весьма малой величины (от 2 до 40 мкм), который обеспечивает гидравлическое сопротив­ление потоку жидкости. Все притертые пары: плунжер - гильза, золотник - золотниковый колодец, клапанные и крановые соединения работают на основе бесконтактно­го уплотнительного устройства.

Наибольшее распространение в гидроприводе получи­ли контактные уплотнительные устройства, основным элементом которых является уплотнитель (манжета, кольцо круглого или прямоугольного сечений, сальники и т. д.), изготавливаемый из различных материалов и разнообразного конструктивного исполнения. Контактные уплотни­тельные устройства обеспечивают весьма высокую степень герметичности, а во многих случаях совершенно не до­пускают утечки рабочих жидкостей (неподвижные соеди­нения). Однако они имеют и существенные недостатки:

- значительные потери энергии на трение, которые снижают полезные усилия на гидродвигателях, приводят к повышенному локальному нагреву в зоне трения, а в конечном итоге химическому распаду молекул масла, вулканизации резинового уплотнителя, повышенному изно­су уплотнителей и уплотняемых деталей (валов, штоков, гильз, втулок и т. д.);

- ограниченную долговечность уплотнителей (иногда около 200 часов), что приводит к увеличению сборочно-разборочных работ, простоям машин в ремонте, потерям рабочей жидкости.

Наибольшее распространение в гидроприводе получи­ли манжетные уплотнители благодаря таким преимущест­вам:

- выдерживают более высокое давление за счет авто­матического увеличения контактного давления на запи­раемой поверхности при повышении давления уплотняе­мой среды;

- допускают большее отклонение от номинальных раз­меров уплотняемых деталей, удовлетворительно работают в сочетании с цилиндрическими деталями, имеющими овальность или эксцентриситет, компенсируют упругие деформации цилиндра при высоком давлении;

- обеспечивают более высокую степень герметизации сопряженных деталей;

- имеют большую долговечность.

Монтаж манжет на поршень или шток осуществляется по наружному или внутреннему диаметру основания ман­жеты по плотной посадке. Начальный уплотнительный эффект создается за счет деформации наружной и внут­ренней губок. Для фиксации манжеты в подвижных со­единениях используются различные конструкции стопор­ных колец и манжетодержателей, которые сложны в изготовлении и по стоимости превосходят уплотнитель.

К недостаткам манжетных уплотнителей можно отнес­ти следующие:

- большие габариты, которые увеличивают размеры уплотнительного узла;

- необходимость применения вспомогательных дета­лей сложной конструкции - манжетодержателей;

- большой объем монтажных работ при замене изно­шенной манжеты;

- значительные потери на трение.

Кольца круглого поперечного сечения также являются распространенным уплотнителем в гидрооборудовании. Основными преимуществами этих колец являются:

- возможность создания двухстороннего уплотнительного эффекта одним кольцом;

- компактность уплотнительного узла;

- удобство выполнения монтажных операций;

- достаточная надежность и долговечность;

- простота конструкции уплотнителя и крепежных деталей;

- малая стоимость;

- небольшие потери на трение.

Кольца круглого, прямоугольного, х-образного попе­речного сечения применяются для герметизации подвиж­ных и неподвижных соединений. Указанные уплотнители работают надежно при давлениях до 10 МПа, но при ис­пользовании защитных шайб они могут выдерживать и большие давления. Кольца круглого сечения применяют­ся с наружным диаметром от 1 до 3000 мм и диаметром поперечного сечения от 1 до 30 мм, однако наибольшее распространение кольца получили d_Н=20 - 160 мм и диа­метром сечения 2,5 - 6 мм.

Основными материалами для уплотнителей служат среднетвердые, морозо- и маслостойкие резины 7В-14 и 7В-14-1, для вулканизации которых используют синтетичес­кий дининил-нитрильный каучук СКН-18 с различными наполнителями, противостарителями, пластификаторами и другими ингредиентами, применяемыми для повыше­ния прочности, износостойкости, морозостойкости и элас­тичности. Кроме того, широко применяются резинотка­невые уплотнители, в которых ткани из натуральных (хло­пок) или синтетических (лавсан, капрон) волокон перед вулканизацией промазывают резиновыми смесями. Это придает высокую прочность уплотнителям, сохраняя их некоторую эластичность, что позволяет выдерживать свер­хвысокие давления. В гидроприводах одноковшовых универсальных экскаваторов, самоходных кранов и некото­рых других машин применяют полиуретановые уплотни­тели, изготавливаемые на основе синтетических уретано-вых каучуков СКУ. Такие уплотнители имеют повышен­ные прочность, твердость, износостойкость, но несколь­ко меньшую эластичность [21]. Форма и размеры уплот­нителей, определение физико-механических свойств стан­дартизованы (см. Приложение).