Двухступенчатое уплотнение

В большинстве уплотнений деталей с возвратно-поступательным движением (за исключением прокладок и набивок) контактное давление сильно увеличивается под влиянием рабочего давления. Поэтому в уплотнениях этого типа трение зависит от рабочего давления и конструкции уплотнительного узла. Так, при применении в системе управления исполнительных механизмов поршневого типа двойного действия с дроссельным (золотниковым) усилителем большое влияние на трение в уплотнении могут оказать гидравлические характеристики привода (система «золотник – исполнительный механизм»). Это объясняется следующим образом: установившееся давление в приводе зависит как от степени открытия золотника, так и от перетечек жидкости во внутренних полостях силового цилиндра. Если установившееся давление равно 10% от давления в магистрали, то для преодоления трения на золотнике необходимо всего-0,5% располагаемого давления. Поэтому для перемещения золотника на вход преобразователя достаточно подать сравнительно слабый сигнал управления. Чаще всего установившееся давление равно 40-50% от давления в магистрали. Поэтому в следящем приводе с рабочим давлением 210 атм для страгивания золотника (т. е. для преодоления, трения в уплотнении) необходимо изменение давления на 4-5 атм. Из сказанного ясно, в какой степени способность привода реагировать на слабые сигналы управления зависит от трения в уплотнении, величина которого в свою очередь определяется установившимся давлением в системе. Кроме того, сила трения в уплотнении пропорциональна усилию на выходе только при относительно большом перепаде давления на поршне силового цилиндра.

В гидроцилиндрах с односторонним штоком трение в уплотнении штока может привести к появлению существенных нелинейностей. Можно показать, что трение в уплотнении, являясь функцией давления только со стороны штока гидроцилиндра, будет быстрее нарастать при действии силы в направлении выпуска штока и медленнее уменьшаться при действии силы в направлении его уборки. Поскольку различная площадь рабочей поверхности исполнительного поршня требует для перемещения штока различного перепада давлений на поршне, то трение, создаваемое уплотнением штока в результате контактного давления, изменяет к. п. д. силового цилиндра в зависимости от направления движения штока.

Трудности точного подсчета силы трения в уплотнениях

В результате в плотнее ни возникает явление, подобное гистерезису и за от направления движения, нагрузки и установившегося давления в системе.

Составляющая трения в уплотнении возникает в результате вязкого трения штока о тонкий слой жидкости, просочившейся через уплотнение. Сила вязкого трения пропорциональна скорости движения и складывается с трением, создаваемым давлением жидкости. При любом перемещении в уплотнении гидроцилиндра сначала действует трение начального смещения, величина которого зависит от времени, давления, материала и рабочей жидкости. При медленном перемещении основным трением является трение контактного давления от натяга и от рабочего давления жидкости. При возрастании скорости жидкая смазка вначале уменьшает трение, однако с дальнейшим повышением скорости происходит резкое увеличение трения, обусловленное большими потерями на срез в смазывающем слое. При обратном ходе штока смазывающий слой может испариться; в этом случае основным опять будет сухое трение контактного давления.

Несмотря на трудности точного подсчета силы трения в уплотнениях, при проектировании следящего гидравлического привода эффект трения необходимо учитывать.

Трение приводит к износу эластомерных уплотнений в деталях с возвратно-поступательным движением. При очень медленном движении уплотнение плотно прилегает к штоку и недостаточно смазывается. Это может привести к его истиранию, степень которого зависит от чистоты обработки, материала уплотняемой поверхности и состава уплотнения. Часто значительное выдавливание материала упругого уплотнения в зазор между деталями оказывается менее опасным для уплотнения, чем перемещение с очень небольшой амплитудой. Это объясняется тем, что жидкость может смазывать уплотнение благодаря высокой скорости скольжения пленочной смазки. Оказалось, что при некоторых перемещениях с большой амплитудой по одним участкам уплотнения скользят, а по другим катятся. Это приводит к спиральному скручиванию уплотнительного кольца в канавке.

Упругое уплотнение твердые частицы

Для предупреждения этого явления необходимо применять защитные кольца и обеспечивать необходимую смазку и чистоту обработки поверхности. Из опыта известно, что разница в величине нагрева различных участков канавки может привести к изменению силы трения, достаточной для образования спирального скручивания. Поэтому канавки большого диаметра рекомендуется защищать по периферии от слишком большого неравномерного нагрева, так как металлические детали не всегда в состоянии обеспечить равномерное охлаждение всей поверхности. Длительное пребывание штока силового цилиндра на воздухе или в окружающих условиях, способствующих испарению или разложению смазочного слоя (высокая температура или среда с большой химической агрессивностью), может привести к повреждению уплотнения в результате трения сухого штока об уплотняющую поверхность при уборке. Эту проблему можно решить путем сохранения смазывающего слоя в специальных кольцевых прокладках (из войлока, выдерживающего рабочую температуру), хотя для окружающих условий, приближающихся к верхнему диапазону температур всех рабочих жидкостей, до последнего времени не было предложено никакого приемлемого решения.

Другой причиной износа и дефектов уплотнений являются загрязнения и (твердые спекшиеся частицы ингредиента). При попадании в упругое уплотнение твердые частицы царапают поверхность штока цилиндра, что в дальнейшем приводит к абразивному износу и нарушению герметичности уплотнения при низкой температуре. Часто для защиты штока поршня в выпущенном положении применяют гофрированные юбки. Другим способом защиты от песка и пыли является установка перед уплотнением специального кольца («скрепера»), счищающего с полированной поверхности штока перед уборкой все механические частицы. Эти меры имеют большое значение для защиты большинства наружных уплотнений гидроцилиндров, так как маловероятно, чтобы при любых рабочих условиях окружающая среда не содержала пыли и других механических частиц.