Стандарты испытаний и сертификации скребковых уплотнений

Скребковые уплотнения являются важнейшими компонентами гидравлических цилиндров и тяжелой техники: они предотвращают попадание загрязнений, защищают уплотнения штока и продлевают срок службы системы. Надлежащие испытания и сертификация гарантируют, что скребковые уплотнения соответствуют требованиям к износостойкости, стабильности размеров, совместимости с жидкостями и ограничениям по экструзии, предъявляемым к системам в полевых условиях. В данной статье рассматриваются признанные стандарты и лабораторные методы, используемые для оценки скребковых уплотнений, объясняется, как интерпретировать результаты, описываются пути сертификации и стратегии производственных испытаний, а также освещаются практические шаги, которые производители и конечные пользователи могут предпринять для снижения количества отказов уплотнений и повышения эксплуатационных характеристик в течение всего срока службы.

Почему тщательные испытания важны для гидравлических компонентов

Функциональная роль скребковых уплотнений в системах

Скребковые уплотнения (также называемые пылезащитными кольцами) удаляют твердые загрязнения (грязь, песок, металлические частицы) с поршневых штоков до того, как они снова попадут в цилиндр. Защищая уплотнения штока и подшипники, скребковые уплотнения напрямую снижают утечки, износ и незапланированные простои в гидравлических системах, используемых в строительной технике, сельскохозяйственной технике и промышленных прессах. Понимание функциональных требований — низкое трение на поверхности штока, высокая износостойкость, эффект памяти размеров и совместимость с покрытиями штока и гидравлическими жидкостями — определяет эффективность программ испытаний.

Типичные виды отказов и их последствия

Типичные причины отказов скребковых уплотнений включают абразивный износ, деформацию кромок вследствие экструзии, химическую деградацию под воздействием жидкости или окружающей среды, а также потерю эластичности (остаточную деформацию при сжатии). Эти отказы приводят к ускоренному износу штоковых уплотнений, увеличению утечек, проникновению загрязнений и, в конечном итоге, к необходимости замены компонентов и простоям оборудования. Полевые исследования и данные гарантийного обслуживания от производителей оригинального оборудования показывают, что частыми причинами являются неправильный выбор материалов и неадекватное тестирование на наличие специфических для конкретного объекта загрязнений.

Стандарты и методы испытаний, используемые для скребковых уплотнений.

Стандарты характеризации материалов

В основе любой квалификационной программы лежат тесты по материалу. К распространенным и часто используемым стандартам относятся:

• ASTM D2000— Классификация резиновых изделий (полезна для описания свойств каучуковых смесей).
• ASTM D2240— Измерение твердости по Шору (дюрометр) для эластомеров.
• ASTM D412— Предел прочности на разрыв и удлинение эластомеров.
• ASTM D395— Испытание на остаточную деформацию при сжатии статических уплотнительных элементов.
• ISO 4649— Износостойкость резины (важно для эффективности работы скребка).
• ASTM D471— Влияние жидкостей на эластомеры (совместимость с жидкостями).

Эти эталонные значения используются для оценки поведения соединений перед тестированием на уровне компонентов.

Эксплуатационные испытания и методы, специфичные для уплотнений.

Компонентные и системные испытания имитируют условия эксплуатации. Полезные виды испытаний включают:

• Испытания на износ возвратно-поступательного движения на гидравлических испытательных стендах позволяют измерить износ кромок в зависимости от количества циклов и пройденного расстояния — стендовые испытания имитируют скорость вращения штока, длину хода и загрязнение рабочей жидкости.
• Испытания на экструзию и вырубку под высоким давлением позволяют выявить деформацию кромки и потерю материала. ASTM G99(Метод "стержень-диск") и другие трибологические стандарты могут использоваться для сравнительных исследований износа исследуемых материалов.
• Испытания на проникновение пыли и эффективность герметизации, часто с использованием калиброванных пыле- или пескоотборников для измерения эффективности защиты от загрязнений.
• Испытания на солевое распыление и старение под воздействием окружающей среды (например, ASTM B117) применяются в случаях, когда имеет значение коррозия сопрягаемых поверхностей или воздействие окружающей среды.

Стандарты от производителей уплотнений и поставщиков испытательного оборудования (Parker, SKF, Trelleborg) предоставляют практические испытательные приспособления и протоколы, соответствующие полевым условиям. См. обзорные ресурсы, такие какУплотнительное кольцоа также технические документы от ведущих поставщиков уплотнений в качестве примеров стендовых установок.

Сравнение общепринятых стандартов и того, что они измеряют.

Интерпретация результатов тестирования и путей сертификации.

Критерии приемки и оценка срока службы

Исходные показатели испытаний (например, потеря толщины в мм³ при испытании на истирание, процент остаточной деформации при сжатии после 70 часов при 70°C, изменение твердости) должны соответствовать пороговым значениям эксплуатационных характеристик, связанным с требованиями применения. Типичные критерии приемки включают:

• Потеря объема абразивного материала ниже установленного в проекте предела, исходя из ожидаемой нагрузки загрязняющих веществ.
• Установите уровень сжатия в допустимом диапазоне, чтобы скребок сохранял геометрию уплотнения после выдержки при заданной температуре.
• Минимальное изменение размеров после воздействия жидкости (ASTM D471) обеспечивает непрерывный контакт стержня с поверхностью и его очищающее действие.

Оценка срока службы основана на данных ускоренных испытаний (например, на стендах для испытаний на износ с возвратно-поступательным движением) и методах экстраполяции, таких как линейное правило повреждения Майнера для кумулятивного износа или регрессионная аппроксимация по циклам. Всегда подтверждайте результаты ускоренных испытаний полевыми испытаниями, чтобы избежать переоценки срока службы из-за неучтенных полевых переменных (распределение размеров абразивных частиц, качество обработки поверхности стержня и человеческий фактор). В научной литературе по трибологии и износу уплотнений представлены подходы к моделированию; подробные методологии см. в стандартах и ​​статьях по трибологии.

Сертификация, отслеживаемость и соответствие требованиям третьих сторон.

Официальная сертификация уплотнений для скреперов встречается реже, чем для готовых гидравлических систем, однако ключевые методы обеспечения качества и отслеживаемости материалов включают в себя:

• Сертификация системы управления качеством ISO 9001 для производителей (контроль процессов, отслеживаемость).
• Паспорта безопасности материалов (MSDS/CoA) для эластомеров и компаундов на основе ПТФЭ с указанием состава и основных результатов испытаний.
• Протоколы независимых испытаний от аккредитованных лабораторий по критически важным свойствам (истираемость, совместимость с жидкостями).

Производители часто предоставляют протоколы испытаний партий (твердость, прочность на растяжение, остаточная деформация при сжатии) и отчеты о производственном контроле наряду с отслеживаемостью партий. Для OEM-производителей в регулируемых отраслях (горнодобывающая промышленность, оборонная промышленность) может потребоваться независимая лабораторная валидация или заводские приемочные испытания (FAT).

Внедрение тестирования в производство: подготовка лаборатории, оборудование и контроль качества.

Необходимое испытательное оборудование и лабораторные возможности

Производственная площадка для испытаний уплотнений скребков должна включать в себя:

• Станция для измерения твердости по Шору (ASTM D2240) для плановой проверки твердости.
• Рамки для испытаний на растяжение/сжатие по стандартам ASTM D412 и D395.
• Гидравлический испытательный стенд возвратно-поступательного действия с регулируемой скоростью штока, длиной хода, давлением и подачей загрязнений для испытаний на долговечность/истирание (данные стенда должны, по возможности, воспроизводить нагрузки и скорости, характерные для полевых условий).
• Трибометры (штифт-диск или блок-кольцо) для проверки трения и износа материалов (см.ASTM G99).
• Климатические камеры для старения и регулирования температуры.

Оснащение и документирование этих испытаний позволяет производителям получать воспроизводимые данные для принятия решений в области закупок и проектирования.

Контроль технологических процессов, отбор проб и непрерывное совершенствование

Основные методы обеспечения качества:

• Входной контроль материалов с использованием планов статистической выборочной проверки, соответствующих стандарту ISO 2859 или внутренним уровням качества.
• Первичные испытания новых компаундов или оснастки, включая проверку размеров и определение базовых механических характеристик.
• Контрольные карты (SPC) для твердости, критических размеров и допусков на зазоры экструзии позволяют выявлять отклонения до увеличения процента брака.
• Анализ первопричин (8D, FMEA) любых отказов в полевых условиях с последующими корректирующими действиями, включающими обновление процедур тестирования и доработку конструкции.

Структурированная программа непрерывного совершенствования снижает затраты на гарантийное обслуживание и повышает доверие производителей оригинального оборудования.

Практические рекомендации для производителей оригинального оборудования и ремонтных бригад.

Как выбрать скребковые уплотнения для закупки

При составлении технических условий следует указывать: семейство компаундов (варианты NBR/FKM/EPDM/PTFE), минимальную/максимальную твердость, допустимую остаточную деформацию при заданной температуре, предел износа (ISO 4649 или лабораторный эквивалент), допустимую совместимость с жидкостями (результаты ASTM D471) и минимальный срок службы в циклах при заданных условиях испытаний. Для обеспечения прослеживаемости материалов необходимо требовать от поставщиков сертификаты на материалы и протоколы испытаний партий.

Полевая проверка и пилотное тестирование

Перед внедрением в масштабах всего парка оборудования проведите пилотную программу с использованием измерительных приборов для контроля утечек, состояния поверхности штока и срока службы. Проведите анализ частиц исключенных загрязнений и сравните результаты с данными лабораторных испытаний для уточнения степени абразивного воздействия. Используйте результаты пилотной программы для корректировки выбора составов (например, перейдите на скребок с наполнителем из ПТФЭ там, где требуется высокая абразивность и низкое трение).

Polypac: возможности, преимущества и соответствующие продукты

Компания Polypac — это производитель и поставщик гидравлических и маслосъемных уплотнений, специализирующийся на производстве уплотнений, разработке уплотнительных материалов и индивидуальных решениях для особых условий эксплуатации. Основанная в 2008 году, компания Polypac начала свою деятельность с производства наполненных ПТФЭ уплотнений (ПТФЭ с бронзовым наполнителем, ПТФЭ с углеродным наполнителем, ПТФЭ с графитом, ПТФЭ с наполнителем MoS₂, ПТФЭ со стекловолокном) и расширила производство, включив в него уплотнительные кольца и эластомерные уплотнения из NBR, FKM, силикона, EPDM и FFKM.

Завод Polypac по производству резиновых и уплотнительных колец занимает более 10 000 квадратных метров, из которых 8 000 квадратных метров отведены под производственные площади. Производственное и испытательное оборудование является одним из самых передовых в отрасли. Будучи одной из крупнейших китайских компаний, специализирующихся на производстве и разработке уплотнений, Polypac поддерживает долгосрочное сотрудничество с университетами и научно-исследовательскими институтами как внутри страны, так и за рубежом, оказывая поддержку в исследованиях и разработках составов и лабораторных испытаниях. Ключевые линейки продукции, имеющие отношение к скребковым уплотнениям, включают: уплотнительные кольца, штоковые уплотнения, поршневые уплотнения, торцевые пружинные уплотнения, скребковые уплотнения, вращающиеся уплотнения, опорные кольца и пылезащитные кольца.

Конкурентные преимущества:

• Собственная разработка составов позволяет создавать решения, адаптированные для абразивных сред и экзотических жидкостей.
• Расширенные возможности стендовых испытаний для проверки износостойкости и долговечности при возвратно-поступательном движении, позволяющие прогнозировать надежный срок службы уплотнений скребков.
• Крупномасштабные производственные мощности с документированной прослеживаемостью и процессами контроля качества для поддержки программ OEM-производителей.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какие испытания наиболее важны для проверки качества уплотнений скребков?

Для большинства применений приоритет следует отдавать износостойкости (ISO 4649 или эквивалентные стендовые испытания), остаточной деформации при сжатии (ASTM D395), совместимости с жидкостями (ASTM D471) и стендовым испытаниям на долговечность при возвратно-поступательном движении, имитирующим скорость вращения штока, давление и загрязнение. Твердость (ASTM D2240) и прочность на растяжение (ASTM D412) также имеют важное значение для контроля качества.

2. Существуют ли официальные сертификаты, специально предназначенные для уплотнений скребков?

Единой глобальной сертификации для скребковых уплотнений не существует; вместо этого производители оригинального оборудования полагаются на системы качества ISO 9001 поставщиков, сертификаты на материалы и отчеты сторонних лабораторий для проверки критически важных свойств. Для регулируемых отраслей могут быть предусмотрены дополнительные независимые испытания и заводские приемочные испытания.

3. Как выбрать между скребковыми губками из эластомера и ПТФЭ?

Эластомеры (NBR, FKM, EPDM) обладают хорошей гибкостью, прилегаемостью и низкой стоимостью; кромки, наполненные ПТФЭ (бронза, углерод, MoS₂), обеспечивают превосходную износостойкость и низкое трение, но могут быть более жесткими и дорогими. Скребки с наполнителем из ПТФЭ следует выбирать для сред с высокой абразивностью или сильным загрязнением, где низкое трение имеет решающее значение; при приоритете следует отдавать предпочтение оптимизированным эластомерам, обеспечивающим прилегание поверхности стержня и герметизацию от мелкой пыли.

4. Могут ли стендовые испытания надежно предсказать срок службы в полевых условиях?

Стендовые испытания предоставляют контролируемые сравнительные данные, но могут завышать или занижать прогнозы срока службы в полевых условиях, если различаются основные переменные (размер абразивных частиц, частота загрязнений, качество обработки поверхности стержня, выравнивание). Используйте данные стендовых испытаний для предварительной оценки, а затем подтвердите их с помощью пилотных полевых испытаний для калибровки оценок срока службы.

5. Какую документацию должны предоставлять поставщики вместе с уплотнениями для скребков?

Минимум: сертификаты на материалы (CoA/MSDS), результаты испытаний на твердость/прочность на растяжение/остаточную прочность при сжатии, протоколы контроля размеров и любые протоколы испытаний сторонних организаций на абразивный износ или совместимость с жидкостями. Для критически важных программ запросите технологическую схему производства и записи о прослеживаемости, привязанные к номерам партий.

6. Как часто ремонтные бригады должны осматривать уплотнения скреперов в полевых условиях?

Частота проверок зависит от режима работы и условий окружающей среды. На участках с интенсивным абразивным воздействием проверку следует проводить при каждом плановом обслуживании гидравлической системы (например, ежемесячно/ежеквартально). Необходимо выявлять износ кромок, деформацию и загрязнения, скопившиеся за скребком; при приближении износа кромок к допустимым значениям, установленным в ходе стендовых испытаний, следует производить профилактическую замену.

Нужна помощь экспертов в выборе или тестировании скребковых уплотнений для вашего применения? Свяжитесь с Polypac для получения технической консультации, тестирования образцов и разработки индивидуальных решений по уплотнению. Ознакомьтесь с ассортиментом продукции и запросите коммерческие предложения на уплотнительные кольца, штоковые уплотнения, поршневые уплотнения, торцевые пружинные уплотнения, скребковые уплотнения, вращающиеся уплотнения, опорные кольца и пылезащитные кольца; команда Polypac может разработать матрицу испытаний и предоставить сертифицированные протоколы испытаний для поддержки закупок и квалификации.

Ссылки и дополнительная литература: стандарты ISO и ASTM, упомянутые в данной статье, доступны по адресу:ISOиASTM InternationalДля получения справочной информации об основных принципах герметизации обратитесь к техническим ресурсам ведущих производителей уплотнений и литературе по трибологии (например,ПТФЭ,Уплотнительное кольцо).