Выбор уплотнения штока поршня для гидравлических и пневматических систем

Как консультант по производству уплотнений с обширным опытом работы в гидравлических и пневматических системах, я часто консультирую инженеров по выбору уплотнений для поршневых штоков. В этой статье обобщены различия между требованиями к уплотнениям гидравлических и пневматических штоков, выбор материалов и профилей, методы испытаний и технического обслуживания, а также приведены практические рекомендации, позволяющие выбрать правильное уплотнение для поршневого штока с учетом производительности и долговечности. В качестве обоснования рекомендаций я также использую отраслевые ресурсы.

Понимание основных принципов герметизации стержней

Для чего нужен сальник штока поршня?

В своей практике я определяю уплотнение штока поршня как динамический уплотнительный элемент, предотвращающий утечку жидкости между движущимся штоком поршня и корпусом цилиндра. Оно должно удерживать давление с одной стороны, исключать попадание загрязнений, выдерживать скорость вращения штока и работать при различных температурах и в химической среде. Эффективное уплотнение штока защищает эффективность системы, снижает риск загрязнения и сокращает время простоя.

Основные функции герметизации и второстепенные функции.

Помимо предотвращения утечек, уплотнения штока поршня выполняют и второстепенные функции: они действуют как очистители, удаляя загрязнения, направляют шток, уменьшая износ, а иногда и обеспечивают низкое трение в системах, чувствительных к скорости. При оценке конструкции я разделяю функциональные требования — удержание давления, трение и износостойкость — чтобы выбрать правильный материал и геометрию.

Сравнение требований гидравлических и пневматических систем.

Условия эксплуатации: давление, скорость, температура

Гидравлические системы обычно работают при гораздо более высоком давлении (часто 1000–4000 фунтов на квадратный дюйм / 70–280 бар в промышленных условиях) по сравнению с пневматическими системами (обычно до 120 фунтов на квадратный дюйм / 8 бар). Высокое давление обуславливает использование более толстых кромок, усиленных профилей и материалов с отличной стойкостью к экструзии. Пневматические системы имеют более низкое давление, но могут иметь более высокие скорости вращения штока и более частые циклы работы, что требует низкого трения и хороших износостойких характеристик.

Загрязнения, смазка и совместимость с рабочей средой

Гидравлические жидкости обладают смазывающими свойствами и обычно обеспечивают пленочную смазку в месте контакта с уплотнением, что помогает снизить трение и износ. Пневматические системы используют сжатый воздух, который является сухим, если не используется воздухораспределитель или лубрикатор; свойства уплотнений в большей степени зависят от свойств материала. Загрязнения также различаются: гидравлические системы подвержены износу от частиц и деградации жидкости, в то время как пневматические системы очень чувствительны к пыли и влаге. Эти различия влияют на то, рекомендую ли я дополнительные скребки или прокладки, а также какие эластомеры или смеси ПТФЭ выбрать.

Сравнительная сводная таблица

Руководство по применению, тестирование и техническое обслуживание.

Контрольный список для отбора, который я использую при работе с клиентами.

При разработке технических характеристик уплотнений я использую контрольный список, чтобы избежать распространенных ошибок:

• Рабочее давление (максимальное и установившееся) и наличие скачков перепада давления.
• Твердость и качество обработки поверхности стержня — шероховатая поверхность стержня ускоряет износ; рекомендуемое значение Ra часто составляет 0,2–0,6 мкм в зависимости от материала.
• Скорость и ускорение стержня влияют на нагрев от трения и характер износа.
• Температуры (мин/макс) и термические циклы.
• Совместимость с рабочей средой (тип гидравлического масла, пневматическая смазка или наличие загрязнений).
• Космическая оболочка — подходит ли для неё композитный или многокомпонентный уплотнительный пакет.
• Интервалы технического обслуживания и простота в эксплуатации — модульные комплекты уплотнений сокращают время простоя.

Испытания, оценка срока службы и распространенные виды отказов.

Ускоренные стендовые испытания и полевые испытания имеют решающее значение. Я рекомендую испытания на долговечность, воспроизводящие профили давления, скорости и загрязнения. К распространенным видам отказов, с которыми я сталкиваюсь, относятся экструзия (из-за недостаточного количества опорных колец или неправильных допусков), термическое упрочнение (материал выходит за пределы температурного диапазона), абразивный износ от загрязнений и химическое разбухание.

Для выбора материалов и стандартизированных методов испытаний полезны отраслевые справочники и стандарты. Например, стандарты и размеры уплотнительных колец документированы такими организациями, как [название организации].ISOКроме того, справочники по проектированию уплотнений от ведущих производителей содержат проверенные данные испытаний.

Polypac: возможности и как мы помогаем в выборе уплотнений штока поршня

Обзор и преимущества Polypac

Компания Polypac — это производитель и поставщик гидравлических и маслосъемных уплотнений, специализирующийся на производстве уплотнений, разработке уплотнительных материалов и индивидуальных решениях для особых условий эксплуатации. Я тесно сотрудничаю с Polypac над проектами, требующими сочетания материаловедения и точности производства. Их завод 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.

Ассортимент продукции и технические характеристики

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 в ассортимент продукции входят уплотнительные кольца из NBR, FKM, силикона, EPDM и FFKM. Ключевые продукты, имеющие отношение к уплотнению поршневого штока, включают:

• Уплотнительные кольца
• Уплотнения штока
• Поршневые уплотнения
• Торцевые пружинные уплотнения
• Уплотнения скребков
• Роторные уплотнения
• Резервные кольца
• Пылевые кольца

Компания Polypac, являясь одной из крупнейших в Китае компаний, специализирующихся на производстве и разработке уплотнений, поддерживает долгосрочные связи и сотрудничество со многими университетами и научно-исследовательскими институтами как внутри страны, так и за рубежом. Их научно-исследовательские и испытательные ресурсы помогают подтверждать правильность выбора материалов и профилей уплотнений для сложных гидравлических и пневматических систем.

Почему я рекомендую Polypac для индивидуальных решений по герметизации штоков

Исходя из моего опыта работы консультантом, конкурентные преимущества Polypac включают в себя глубокие знания материалов в области наполненных ПТФЭ составов, широкий ассортимент эластомеров, современное производственное и испытательное оборудование, а также возможность крупномасштабного производства комплектов уплотнений по индивидуальному заказу. Эти преимущества важны, когда требуется оптимизированное уплотнение для экстремальных давлений, нестандартных сред или особых условий, где стандартные решения оказываются неэффективными.

Практические примеры и советы по устранению неполадок.

Корпус: Гидравлический цилиндр высокого давления с экструзией

Проблема: В гидравлическом цилиндре на 250 бар наблюдалось выдавливание кромки в месте соединения штока с сальником после периодических скачков давления. Диагноз: недостаточный зазор между опорным кольцом и мягкий активатор. Решение: Я выбрал усиленное уплотнение штока со скользящей кромкой из ПТФЭ, более жесткий активатор из ФКМ и специально изготовленные опорные кольца из ПТФЭ. После замены утечка и выдавливание прекратились в ходе полевых испытаний.

Пример: Пневматический привод с высокой частотой износа.

Проблема: Пневматический привод на упаковочной линии часто выходил из строя из-за абразивного износа. Диагностика: сухой сжатый воздух, высокая частота циклов и некачественный скребок. Решение: заменены уплотнения штока из ПТФЭ с углеродным наполнителем и прочным полиуретановым скребком; также добавлен простой встроенный воздушный фильтр и лубрикатор. Срок службы увеличился в 5–8 раз.

Часто задаваемые вопросы

1. В: Можно ли использовать одно и то же уплотнение штока поршня для гидравлических и пневматических цилиндров?

   А: Обычно это не идеальный вариант. Гидравлические уплотнения требуют более высокой устойчивости к экструзии и могут выдерживать несколько большее трение из-за масляной смазки, в то время как пневматические уплотнения должны отдавать приоритет низкому трению и износу в условиях часто сухой среды. Существуют гибридные решения, но выбор должен основываться на рабочем давлении, скорости и рабочей среде.

2. В: Какое качество обработки поверхности должен иметь поршневой шток?

   A: Для большинства динамических штоковых уплотнений я рекомендую шероховатость поверхности Ra от 0,2 до 0,6 мкм. Твердость, как правило, должна быть не менее 52 HRC для хромированных штоков или эквивалентной твердости, чтобы избежать образования канавок. Рекомендации производителя зависят от материала уплотнения.

3. В: В каких случаях следует использовать уплотнения с наполнителем из ПТФЭ, а в каких — эластомерные манжетные уплотнения?

   A: Используйте наполненный ПТФЭ для пневматических систем с низким коэффициентом трения, низкой смазывающей способностью или высокой скоростью вращения, а также там, где требуется химическая стойкость. Эластомерные манжетные уплотнения (НБР, ФКМ) часто лучше подходят, когда имеется пленочная смазка от гидравлического масла и требуется некоторая упругость для компенсации смещения штока.

4. В: Насколько важны резервные кольца?

   А: Это крайне важно для гидравлических систем высокого давления. Опорные кольца предотвращают выдавливание мягких эластомеров в зазор. Их следует использовать, когда давление превышает предел, установленный для конкретного материала, или когда зазоры для выдавливания велики.

5. В: Какие виды технического обслуживания продлевают срок службы уплотнений штока поршня?

   А: Регулярный осмотр поверхности штока, обеспечение чистоты жидкости/воздуха, надлежащей фильтрации, правильного момента затяжки при установке и замена уплотнений или прокладок в соответствии с графиком. Немедленно устраняйте задиры или коррозию штока, поскольку небольшие дефекты ускоряют выход уплотнений из строя.

Если вам нужна помощь в выборе уплотнений штока поршня для конкретного гидравлического или пневматического применения, или вы хотите ознакомиться с каталогом продукции Polypac и услугами по индивидуальному заказу, свяжитесь с нами для консультации и оценки образцов. Я могу помочь преобразовать ваши эксплуатационные данные в проверенную спецификацию уплотнений.

Контакты и вопросы по продукции:Для получения информации о решениях, разработанных с учетом индивидуальных потребностей, и подробной информации о продукции (уплотнительные кольца, штоковые уплотнения, поршневые уплотнения, торцевые пружинные уплотнения, скребковые уплотнения, вращающиеся уплотнения, опорные кольца, пылезащитные кольца) обратитесь в техническую службу продаж Polypac, чтобы обсудить варианты материалов и возможности тестирования.