Производительность и уплотнительный механизм гидравлических резиновых уплотнений
Являясь основными базовыми компонентами механических изделий, гидравлические резиновые уплотнения являются важнейшей гарантией нормальной работы гидравлических систем. Они требуются практически во всем гидравлическом оборудовании и широко используются в различных областях, таких как автомобилестроение, мотоциклостроение, строительная техника и общее машиностроение. Их основная функция заключается в предотвращении утечки рабочей среды (жидкости) в гидравлической системе, а также в блокировании проникновения внешнего воздуха, пыли и других загрязняющих веществ в систему и компоненты, предотвращении загрязнения масла, тем самым обеспечивая эффективность работы и рабочие характеристики гидравлических изделий и продлевая срок службы оборудования.
Для обеспечения стабильной и надежной работы гидравлической системы использование гидравлических резиновых уплотнений должно соответствовать следующим основным требованиям к производительности:
1. Минимальная утечка: Гидравлические уплотнения должны обладать превосходными уплотнительными характеристиками, с утечкой, контролируемой в очень малом диапазоне, и уплотнительные характеристики должны автоматически усиливаться с увеличением давления гидравлического масла; даже в суровых условиях работы, таких как высокое давление и высокая температура, утечка не должна значительно увеличиваться для обеспечения стабильности давления в системе.
2. Хорошая совместимость: Поскольку гидравлические уплотнения длительное время погружены в гидравлическое масло, они подвержены физическим и химическим изменениям, таким как набухание, растворение, охрупчивание или затвердевание, что приводит к отказу уплотнительной функции. Поэтому требуется, чтобы уплотнения обладали хорошей совместимостью с контактирующим гидравлическим маслом (рабочей средой) и могли стабильно работать в течение длительного времени без аномального ухудшения.
3. Низкое фрикционное сопротивление: Чтобы избежать или подавить неблагоприятные явления, такие как ползание при низком давлении и заедание при работе гидравлического оборудования, гидравлические уплотнения должны обладать низким статическим и динамическим фрикционным сопротивлением, а коэффициент трения должен оставаться стабильным, чтобы снизить потери мощности системы и обеспечить плавную работу оборудования.
4. Длительный срок службы: Гидравлические уплотнения должны обладать превосходной эластичностью, термостойкостью, морозостойкостью, стойкостью к давлению, износостойкостью, а также определенной степенью физической и механической прочности, которые могут адаптироваться к длительному испытанию в сложных условиях работы, продлевать цикл замены и снижать затраты на техническое обслуживание оборудования.
Уплотнительный механизм гидравлических резиновых уплотнений
В зависимости от различных условий работы уплотнения делятся на две категории: статические уплотнения и динамические уплотнения. Среди них статические уплотнения в основном включают три формы: прокладки, герметики и прямое контактное уплотнение, которые подходят для сценариев, где отсутствует относительное движение между уплотнительными поверхностями; динамические уплотнения могут быть разделены на два основных типа: вращательные уплотнения и возвратно-поступательные уплотнения, которые подходят для условий работы, где существует относительное движение между уплотнительными поверхностями.
Уплотнительный механизм гидравлических резиновых уплотнений в основном включает два основных звена: одно — уплотнение полости, суть которого заключается в обеспечении точного позиционирования внешнего края (статического компонента) уплотнения в монтажной полости, предотвращая утечку среды из зазора между уплотнением и полостью; другое — динамическое уплотнение, то есть контактное уплотнение между уплотнительной кромкой и поверхностью вращающегося вала, что является ключом к реализации основной уплотнительной функции уплотнения и напрямую определяет качество уплотнительного эффекта.
Уплотнительный механизм контактной зоны уплотнительной кромки имеет решающее значение для проявления ее уплотнительной функции. Уплотнительный эффект в основном зависит от трех ключевых факторов: конструктивного дизайна уплотнительной кромки, структурных характеристик эластичного материала и шероховатости поверхности вращающегося вала. Совместное действие радиальной силы уплотнительной кромки, угла наклона кромки и расстояния между кончиком кромки и центром пружины создает асимметричное распределение контактного давления в контактной зоне между уплотнительной кромкой и поверхностью вала — контактное давление со стороны масла наибольшее и имеет крутой восходящий тренд, в то время как контактное давление со стороны воздуха медленно спадает под малым углом.
Под действием натяга (внутренний диаметр уплотнительной кромки в свободном состоянии спроектирован немного меньше диаметра вала) это асимметрично распределенное контактное давление в сочетании с круговым обжимным усилием, создаваемым вращением вращающегося вала, вызывает структурную упругую деформацию в контактной зоне уплотнительной кромки. Эта деформационная структура эластомера уплотнения постепенно формируется в период приработки сальника, что играет решающую роль в уплотнительных характеристиках. Поэтому гидравлическое резиновое уплотнение нуждается в периоде приработки перед вводом в формальное использование для обеспечения стабильности деформационной структуры. Кроме того, совместное действие вращения вала и спиральной линии на поверхности уплотнительной кромки заставит эту деформационную структуру производить насосный эффект в сторону масла, дополнительно усиливая уплотнительный эффект.
Фрикционные характеристики скользящей поверхности уплотнительной кромки в основном определяются вязкостью и скоростью скольжения рабочей среды. В нормальных условиях работы на скользящей поверхности образуется равномерная масляная пленка. Взаимное скольжение между уплотнением и вращающимся валом происходит в условиях смазки, разделенной масляной пленкой, тем самым эффективно снижая трение и износ. На скользящей контактной поверхности уплотнения масло образует круговой поток «атмосферная сторона → масляная сторона → атмосферная сторона». Хорошее состояние смазки может эффективно подавлять усиление износа, тем самым избегая утечки. Таким образом, точный контроль характеристик материала уплотнительной кромки и формы структуры кромки, а затем регулирование характеристик смазки и уплотнительного механизма уплотнения является ключом к обеспечению уплотнительного эффекта и срока службы гидравлического резинового уплотнения.