Как выбрать уплотнения для штоков гидравлических цилиндров

Правильный выбор скребковых уплотнений штока — один из наиболее экономически эффективных способов продлить срок службы гидравлических цилиндров, сократить время простоя, связанное с загрязнениями, и защитить дорогостоящие покрытия штока и внутренние уплотнения. В этой статье я расскажу о механизмах загрязнения, которые делают использование скребков необходимым, о важных вариантах материалов и профилей, о лучших практиках установки и тестирования, а также о том, как интерпретировать заявления поставщиков. Я также сравню распространенные типы и материалы скребков, приведу ссылки на отраслевые стандарты и объясню, как индивидуальные решения от опытных производителей, таких как Polypac, могут учитывать особые условия эксплуатации.

Понимание загрязнения и износа цилиндров

Источники загрязнения

По моему опыту, загрязнение происходит по трем основным причинам: внешнее проникновение (пыль, вода, грязь), внутренняя деградация (разложившаяся гидравлическая жидкость, частицы износа) и технологические загрязнения (абразивные среды в горнодобывающей промышленности, брызги краски, соль в морской среде). Внешние частицы являются основной причиной установки большинства скребковых уплотнений штока: даже частицы размером менее 10 мкм со временем могут истирать покрытия штока и внутренние уплотнения. Для получения дополнительной информации о гидравлических системах и влиянии загрязнения см. обзор гидравлических цилиндров.Википедияи поведение гидравлической жидкости наВикипедия.

Как загрязнение влияет на уплотнения и стержни

Частицы, застрявшие между поверхностью штока и внутренним динамическим уплотнением, вызывают микроцарапины и ускоренное выдавливание эластомерных уплотнений, что приводит к протечкам. Проникновение воды может вызвать коррозию хромированного штока и набухание некоторых эластомеров (например, NBR умеренно набухает в воде). На практике я наблюдаю, как скребковые уплотнения предотвращают 60–80% повреждений, вызванных внешними факторами, при правильном выборе и установке; оставшийся риск часто связан либо с неправильной геометрией канавок, либо с несовместимыми материалами.

Почему скреперы являются первой линией обороны

Скребковые уплотнения шатунов (пылезащитные кольца) являются расходным материалом, но эффективными: они удаляют загрязнения с шатуна до того, как они достигнут основных уплотнений и подшипников шатуна. В отличие от основных уплотнений, скребки оптимизированы для повышения износостойкости и снижения эффекта «залипания»; их цель — не герметизация жидкости, а очистка поверхности и отвод загрязнений. Правильный выбор скребков снижает затраты на восстановление и увеличивает интервалы между капитальными ремонтами цилиндров.

Основные критерии выбора уплотнений для скребков штока

Совместимость материалов: с окружающей средой и гидравлической жидкостью.

Выбор материала — это первое решение, которое я принимаю при рекомендации скребка. К распространенным материалам относятся NBR (нитрил), FKM (витон), PU (полиуретан), силикон и композиты на основе ПТФЭ. Выбор зависит от температурного диапазона, воздействия химических веществ и степени истирания. Например:

• НБР: обладает хорошей износостойкостью и маслостойкостью, экономически выгоден для общего промышленного применения.
• FKM: обладает повышенной термостойкостью и химической стойкостью; предпочтителен для использования в агрессивных жидкостях или при высоких температурах.
• Полиуретан (ПУ): обладает превосходной механической прочностью и износостойкостью, но менее устойчив к воздействию озона/УФ-излучения и некоторых гидравлических жидкостей.
• Композиты, наполненные ПТФЭ: исключительная химическая стойкость и низкое трение; часто используются там, где смазка ограничена и требуется длительный срок службы.

Я также учитываю твердость эластомера (по Шору А) и необходимость использования наполненного ПТФЭ или композитного материала в качестве кромки на эластомерном носителе. Для получения дополнительной информации о свойствах полимеров см.ПТФЭи общая информация о пломбах по адресуВикипедия - Механические уплотнения.

Дизайн и профиль: однокромочные, двухкромочные и составные конструкции.

Профили скребка определяют его производительность. Скребок с одной кромкой обеспечивает простое протирание; конструкция с двумя кромками (или кромкой с прокладкой) может более эффективно улавливать и отводить частицы, а иногда включает в себя дополнительную зону защиты от пыли. В своих проектах я изучаю скорость вращения стержня и направление его возврата: для высокоскоростных стержней предпочтительны кромки из ПТФЭ или композитных материалов с низким коэффициентом трения, чтобы избежать перегрева, в то время как в низкоскоростных абразивных средах часто выигрывают более жесткие эластомеры или усиленные кромки.

Технические характеристики поверхности канавки и стержня

Правильные размеры канавок, фаски и качество обработки поверхности штока имеют решающее значение. При отклонении размеров канавок скребок может перекоситься, выдавиться или не соприкасаться со штоком. Я полагаюсь на таблицы размеров канавок, предоставленные поставщиками, и иногда запрашиваю проверку чертежей. Типичные рекомендации включают твердость поверхности штока ≥ 55 HRC (или рекомендуемое качество хромирования) и качество обработки поверхности Ra в пределах диапазона, указанного поставщиком — часто Ra 0,2–0,8 мкм для динамических уплотнений. Стандарты и рекомендации по размерам см. в общих стандартах для уплотнительных колец и уплотнений, таких как...ISO 3601(Качество уплотнительных колец) и технические характеристики от производителя.

Сравнение типов и материалов уплотнений скребков штока.

Распространенные типы скребков и их применение

Ниже я привожу практическое сравнение типичных конструкций скребков, с которыми я работаю при выборе уплотнений в различных отраслях промышленности.

Эластомер против композита на основе ПТФЭ — показатели эффективности.

При сравнении материалов я учитываю износостойкость, коэффициент трения, температурный диапазон и химическую совместимость. Типичные коэффициенты трения: для материалов на основе ПТФЭ < 0,1 (в сухом состоянии), для эластомеров часто 0,3–1,0 в зависимости от отделки и смазки. Износостойкость выше у полиуретана и наполненных композитов на основе ПТФЭ. При загрязнении острыми частицами (песок, кремнезем) я отдаю предпочтение композитам на основе ПТФЭ или армированным эластомерным скребкам для минимизации износа.

Ожидаемый срок службы и данные испытаний

Срок службы зависит от условий окружающей среды, качества обработки поверхности штока и технического обслуживания. Лучшими индикаторами являются лабораторные испытания на истирание (испытания по методу Табера для полимеров) и данные полевых испытаний. На практике я наблюдаю средний срок службы скребков от нескольких месяцев в условиях интенсивной добычи полезных ископаемых до нескольких лет в чистых промышленных условиях. Для проверки заявленных характеристик я запрашиваю у поставщиков стандартизированные протоколы испытаний или полевые данные, а также, при необходимости, обращаюсь к отраслевым методам испытаний. Что касается стандартов качества и материалов, то используются стандарты для уплотнительных колец и компонентов уплотнения, например,ISO 3601установить базовые ожидания в отношении размеров и прослеживаемости материалов.

Тестирование, установка, техническое обслуживание и устранение неполадок.

Стандарты контроля и испытаний

Я всегда рекомендую проводить входной контроль скребков и выборочные испытания: проверку размеров, измерение твердости по Шору и простую проверку посадки в канавке и на оправке, имитирующей шток. Там, где важна прослеживаемость, запрашивайте сертификаты на материалы (например, марку исходного полимера, процентное содержание ПТФЭ). Для более формализованных испытаний производители иногда ссылаются на методы испытаний ASTM на истирание полимера и допуски ISO для размеров уплотнений.

Лучшие практики установки

Правильная установка значительно снижает количество отказов. Я следую этим правилам:

• Перед сборкой тщательно очистите стержень и паз;
• Используйте инструменты со скошенными краями и избегайте острых отверток, которые могут порезать края;
• Убедитесь в правильности размеров сальника и радиального сжатия в соответствии с техническими характеристиками, указанными в паспорте поставщика;
• При необходимости используйте подходящую сборочную смазку экономно (избегайте чрезмерной смазки, которая может притягивать пыль).

Одна из распространенных ошибок, которую я наблюдаю, — это чрезмерное сжатие скребков, приводящее к ускоренному износу кромок; другая — установка скребка с неправильной ориентацией кромки относительно движения штока.

Типичные сбои и меры по их устранению

Типичные неудачи и способы их устранения:

• Чрезмерный износ кромки: рассмотрите возможность использования более твердого/эластомерного или ПТФЭ-композита, проверьте качество обработки стержня;
• Путь утечки внутри уплотнения штока: проверьте, не проталкивает ли скребок загрязнения под основное уплотнение; рассмотрите конструкции с двойной кромкой;
• Выдавливание или резка скребком по краям канавок: проверьте радиус канавки и качество обработки кромки, рассмотрите возможность использования защитного металлического носителя;
• Химическое набухание или растрескивание: замените материал на FKM или PTFE.

Диагностика начинается с тщательного визуального осмотра, при необходимости – с поперечного сечения, и сравнения вышедшей из строя детали с неисправной запасной частью.

Polypac: возможности, ассортимент продукции и почему важен выбор поставщика.

Как технический консультант, оценивающий поставщиков, я высоко ценю производителей, которые сочетают материаловедение, контроль производства и индивидуальный подход. Polypac — это научно-технический производитель гидравлических и маслосъемных уплотнений, специализирующийся на производстве уплотнений, разработке уплотнительных материалов и индивидуальных решениях для особых условий эксплуатации. Завод Polypac по производству резиновых и уплотнительных колец занимает площадь более 10 000 квадратных метров, а производственные площади составляют 8 000 квадратных метров. Их производственное и испытательное оборудование является одним из самых передовых в отрасли. Будучи одной из крупнейших компаний в Китае, занимающихся производством и разработкой уплотнений, Polypac поддерживает долгосрочные связи и сотрудничество со многими университетами и научно-исследовательскими институтами как внутри страны, так и за рубежом.

Компания Polypac, основанная в 2008 году, начала свою деятельность с производства наполненных ПТФЭ уплотнений, включая ПТФЭ с бронзовым наполнителем, ПТФЭ с углеродным наполнителем, ПТФЭ с графитом, ПТФЭ с наполнителем MoS2 и ПТФЭ со стекловолокном. Сегодня ассортимент продукции расширился и включает уплотнительные кольца из NBR, FKM, силикона, EPDM и FFKM. Основные уплотнительные изделия Polypac включают уплотнительные кольца, штоковые уплотнения, поршневые уплотнения, торцевые пружинные уплотнения, скребковые уплотнения, вращающиеся уплотнения, опорные кольца и пылезащитные кольца.

Почему это важно при выборе уплотнений для скребков штока: Благодаря сочетанию возможностей Polypac в области разработки материалов и передовых методов тестирования, компания предоставляет обоснованные рекомендации (сертификаты материалов, протоколы испытаний) и разрабатывает индивидуальные решения, такие как скребки из композита ПТФЭ или двухкромочные скребки из эластомера/ПТФЭ, для конкретных типов загрязнений. Благодаря связям с научно-исследовательскими центрами и масштабам производства, компания может создавать индивидуальные составы, когда стандартных эластомеров недостаточно — например, специализированные смеси FFKM для экстремального воздействия химических веществ или наполнители из ПТФЭ, оптимизированные для снижения воздействия абразивных частиц.

Краткий контрольный список для выбора, который я использую с клиентами.

• Определите параметры окружающей среды: тип пыли, воздействие химических веществ, диапазон температур.
• Измерьте скорость вращения штока, частоту ходов и качество обработки поверхности/твердость штока.
• Проверьте геометрию канавки по техническим характеристикам поставщика и запросите подтверждение допуска.
• Выбор семейства материалов (композит NBR/FKM/PU/PTFE) следует основывать на свойствах жидкости и температуре.
• Запросите образцы деталей, проведите испытания в условиях, аналогичных полевым, и изучите данные испытаний/сертификаты поставщика.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем разница между уплотнением скребка штока и уплотнением штока?

Пылезащитное кольцо штока (скребок) в первую очередь удаляет частицы пыли и влагу с поверхности штока до того, как загрязнения достигнут уплотнения штока. Уплотнение штока (динамическое уплотнение) предотвращает утечку гидравлической жидкости и поддерживает давление в системе. Они работают вместе; неисправный скребок ускоряет износ уплотнения штока.

В2: Можно ли использовать любой эластомерный скребок в морских условиях или при воздействии солевых брызг?

Нет. Соленая и морская среда ускоряют коррозию и разрушают некоторые эластомеры. Я обычно рекомендую скребки на основе FKM или PTFE для морских условий, а также рассматриваю варианты с держателями из нержавеющей стали или хромированным покрытием, обладающим коррозионной стойкостью. Всегда проводите испытания в типичных условиях.

В3: Как часто следует осматривать или заменять уплотнения скребка?

Интервалы осмотра зависят от условий окружающей среды. В условиях интенсивной абразивной обработки осмотр следует проводить еженедельно или ежемесячно. В более чистых промышленных условиях может быть достаточно ежеквартального осмотра. Замена рекомендуется при видимом износе кромки, при нарушении равномерного контакта скребка со штоком или при обнаружении загрязнения за пределами основного уплотнения штока.

Вопрос 4: Требуется ли смазка для скребков из ПТФЭ?

ПТФЭ обладает очень низким коэффициентом трения и может работать с минимальной смазкой, поэтому его часто используют для высокоскоростных штоков или в условиях низкой потребности в смазке. Однако в абразивных средах тонкая пленка совместимой смазки может уменьшить износ; выбранная смазка не должна притягивать пыль или разрушать материал скребка.

В5: Как проверить заявления поставщика о сроке службы скрепера?

Запросите стандартизированные протоколы испытаний (например, результаты испытаний на истирание, такие как результаты по методу Табера), ссылки на полевые испытания, сертификаты на материалы и образцы деталей для испытаний на месте. Надежные поставщики предоставят их и смогут указать на стандарты или данные независимых лабораторий.

В6: Какие размеры канавок типичны для скребковых уплотнений?

Размеры канавок зависят от конструкции уплотнения и производителя. Всегда используйте таблицу размеров канавок, предоставленную поставщиком. Типичные параметры включают радиальный зазор, осевую ширину и рекомендуемые радиусы фаски, чтобы избежать повреждения кромки во время установки. При необходимости я могу проверить ваш чертеж канавок на соответствие рекомендуемым допускам.

Контакты и дальнейшие шаги

Если вам нужна помощь в выборе скребковых уплотнений штока для конкретного гидравлического цилиндра, я рекомендую запросить у поставщика следующее: сертификаты на материалы, рекомендации по чертежам канавок и образец для полевых испытаний. Для индивидуальных решений и проверенных производственных возможностей рассмотрите Polypac в качестве партнера-поставщика — их опыт работы с наполненными ПТФЭ материалами и широкий ассортимент эластомеров делают их идеальными для сложных задач по изготовлению скребковых уплотнений.

Обратитесь в компанию Polypac, чтобы запросить технические характеристики, сертификаты на материалы или заказать изготовление скреперов по индивидуальному заказу. Для получения немедленной помощи свяжитесь с вашим инженером по продажам Polypac или запросите образец для начала полевых испытаний.