Xi герметизация (уплотнение) соединений элементов гидросистем



страница3/8
Дата09.08.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
1   2   3   4   5   6   7   8

Разгрузка колец. Износ внешней ци­линдрической поверхности поршневых колец, работающих при высоких дав­лениях жидкости, может быть значи­тельно снижен, если уравновесить воз­никающие усилия (нагрузки). Это урав­новешивание осуществляется выполне­нием на кольце круговой разгрузочной канавки (проточки) (рис. 359). Канавка протачивается ближе к краю (на рас­стоянии от него) со стороны, противоположной действию рабо­чего давления, которое подводится к канавке.

Из эпюры действующих на кольцо сил видно, что давление в радиальном зазоре на участке до этой канавки будет равно рабочему давлению , перепад же давления от до будет осуще­ствлен на узком пояске шириной , т. е. неуравновешенное ра­диальное давление будет действовать лишь на поверхности этого пояска. Поскольку это давление будет восприниматься (при условии достаточной жест­кости кольца) всей цилиндри­ческой внешней поверхностью кольца (за вычетом площадки канавки), контактное давление при этом может быть значи­тельно снижено.



Сдвоенное кольцо. Вместо ступенчатого стыка (замка) мож­но в общей канавке последова­тельно установить два узких кольца с прямым замком (рис. 360, а) или одно над другим (см. рис. 360, б). Стыки (замки) колец смещаются один относительно другого.

В уплотнительном соединении последнего типа (рис. 360, б) должна быть обеспечена строгая цилиндричность в рабочем (сжа­том) положении наружного и внутреннего колец.



Рис. 360. Схемы многопоршневых уплотнительных соединений


Применяются также строенные кольца (рис. 360, в), два из которых ( и ), расположенные концентрично, в сечении равны третьему боковому кольцу (). Стык замка кольца уплотняется в радиальном направлении внутренним кольцом и в осевом — кольцом . Ширина кольца (размер в осевом направлении) должна быть равна ширине кольца , что достигается совместным их шлифованием. Радиальная толщина (высота) кольца может не быть равна высоте колец и , но должна превышать высоту кольца с тем, чтобы было обеспечено перекрытие им замка кольца . Пакет из колец может быть повернут в канавке относительно рассмотренного положения на против часовой стрелки (рис. 360, г).

МАНЖЕТНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ

Для герметизации подвижных соединений гидросистем в основ­ном применяют уплотнения с эластичным герметизирующим элементом, прижатым к уплотняемым поверхностям так, чтобы удельное давление в зоне контакта превышало давление рабочей среды (жидкости). Распространенными из них являются различные манжеты, которые применяются для узлов прямолинейных и вращательных движений.

Манжеты изготовляют из резиновых смесей, кожи, виниловых смол, пластмассовых материалов и их комбинаций с тканями, про­резиненных хлопчатобумажных, льняных, асбестовых и асбометаллических тканей и т. п.

Наиболее широко применяют манжеты из резин и прорезинен­ных хлопчатобумажных тканей, которые обычно пригодны для работы при температурах не выше .

Широко применяют также манжеты из кожи, которые могут применяться при меньшей степени чистоты обработки поверх­ности уплотняемой пары, чем уплотнения из резины, и пригодны для работы при плохой смазке и относительно высокой загрязнен­ности рабочей среды. Эти уплотнения при относительно большом (до 500 ) давлении имеют высокий срок службы. Уплот­нение из кожи (ГОСТ 1898—49) применяется в основном при тем­пературах до .



U-образные манжеты. Эти манжеты выполняют с закруглен­ным (рис. 361, а) и плоским (рис. 361, б) основанием, причем ман­жеты первого типа изготовляют из резины (преимущественно из смеси 3825—ТУ МХП 1166—49) и прорезиненных тканей, а также из кожи и второго — преимущественно из резины. Последнее обусловлено тем, что выполнение манжеты с плоским основанием из кожи и прорезиненной ткани более сложно, чем с закруглен­ным. Преимуществом манжет с плоским основанием является то, что устраняется опасность разрыва нижней ее части под действием давления жидкости, что наблюдается в манжетах с круглым основанием, если не применить фасонное опорное 1 и распорное 2 кольца (рис. 361, а).

Рис. 361. Распространенные формы манжет


Толщина материала для изготовления манжет составляет в за­висимости от размера манжеты 2,5—8 . В целях уменьшения трения высота скоса (уса) манжеты не должна быть больше поло­вины высоты манжеты.

Манжеты монтируют на плотной посадке по плунжеру и по поверхности расточки канавки (проточки). При этом упругость манжеты обеспечивает герметичность соединения при нулевом и близком к нему давлениях жидкости. При наличии в системе давления манжета под распорным действием этого дав­ления поджимается к уплотняемым поверхностям.

Описанный механизм герметиза­ции относится ко всем типам уплот­няющих колец, плотность контакта которых обусловлена силами давле­ния жидкости. Поэтому обеспечение герметичности уплотнения при низком (порядка 0,1—0,2 ) давлении представляет большую трудность, чем при высоком, при котором действует де­формация манжеты под силой давления жидкости.

Рис. 362. Эпюры радиальных сил давления жидкости на манжетное кольцо


Контактное давление манжеты на уплотняемую поверхность зависит от формы манжеты. В манжете с заостренной уплотняю­щей кромкой (рис. 362, а) максимальное контактное давление смещено к задней кромке. Во время движения поршня влево покрывающая стенку цилиндра пленка жидкости может вызвать гидродинамическое давление с высоким градиентом, в результате герметичность будет потеряна. В манжете, показанной на рис. 362, б, давление распределяется более симметрично.

Герметичность соединения ухудшается с повышением скорости движения штока, что обусловлено в основном расклинивающим действием затягиваемой в зазор жидкости, а также ухудшением восстанавливаемости формы поперечного сечения уплотнительного кольца, в результате чего ухудшается заполнение резиной микровпадин и компенсация неровностей на штоке.



Рис. 363. Схемы обеспечения контакта манжеты с уплотнительной поверхностью


С повышением давления восстанавливаемость формы кольца улучшается, в результате при высоком давлении утечки с повыше­нием скорости скольжения растут менее интенсивно, чем при низком давлении.

Для улучшения начального контакта манжеты с уплотняемыми поверхностями, а также для сохранения ею формы манжету при монтаже уплотнительного пакета помещают между фасонными опорными 1 и распорным 2 кольцами (манжетодержателями см. рис. 361, а и 363, а) из металла или текстолита. Затяжка манжеты обычно регулируется с помощью шайб (рис. 363, б) или пружин (рис. 363, в). Скосы манжет должны быть слегка поджаты к уплот­няемой поверхности конической частью манжетодержателя (рис. 363, б). Для предохранения манжеты от затягивания в зазор опорное кольцо должно быть посажено в канавку с минимальными зазорами. Для диаметров до 40 зазоры составляют от 0,03 - 0,05 на сторону и для диаметров больше 40 — от 0,05 - 0,08 . Следует учесть, возможно увеличение зазора в результате деформации сопряженных с уплотнением деталей под давлением жидкости.

Для улучшения плотности контакта применяют также распор­ные металлические пружины (рис. 363, г), а также манжеты, в ко­торых пространство между раствором губок заполнено мягкой резиной (рис. 363, д).

Чистота обработки уплотняемой поверхности при применении U-образных манжет должна быть не менее . Стальные детали, скользящие по манжетам (внутренние поверхности цилиндров и внешние поверхности штоков), рекомендуется хромировать, а де­тали из алюминиевых сплавов подвергать хромокислому аноди­рованию.

Число манжет выбирают в зависимости от величины рабочего давления. Обычно рекомендуется применять от двух до трех и лишь в отдельных случаях до четырех манжет. Одна манжета ре­комендуется для давления 35 - 40 . Применение большого числа манжет повышает срок службы и надежность уплотнения, что в основном обусловлено дублированием их работы в случае выхода из строя одной или нескольких манжет и уменьшением нагрузки на каждую из них.

Хорошие качества по упругости уплотняющего элемента, от которой зависит способность уплотнения компенсировать (в особенности при нулевом и низких давлениях жидкости) неточ­ности в изготовлении и износ уплотняемых поверхностей, показали воротниковые манжеты. Схема таких манжет для уплотнения штока и поршня показана на рис. 364, а и б.



Шевронные манжеты. Шевронные манжеты (см. рис. 361, в - д) применяют главным образом для уплотнения деталей с возвратно-поступательным и реже с вращательным движением. Уплотнительный узел выполняют в виде колец, собираемых в пакет по несколь­ко штук (рис. 364, в).

Рис. 364. Уплотнение штока (а) и поршня (б) воротниковыми манжетами и поршня (в) шевронными манжетами


Шевронные манжеты изготовляют из тех же материалов, что и U -образные. На рис. 361, гид показаны сечения машин из резины и кожи. Для повышения стойкости резиновых манжет их с двух сторон армируют прорезиненной хлопчатобумажной тканью. Опорные и распорные кольца шевронных манжет изготовляют с углами, превышающими на угол губок манжет.

Манжетные кольца не следует подвергать при монтаже значи­тельным сжатиям, в результате которых уплотнение из автоматически действующей конструкции превратится в простую сальниковую набивку.

Затяжка манжет регулируется соответствующий подбором шайб (рис. 365, а) или пружинами (рис. 365, б). Применение пружин устраняет необходимость регулирования затяжки уплотнения: нажимную втулку в этом случае можно затягивать до соприкосно­вения торца зажимной буксы с кор­пусом.

Рис. 365. Схемы пакетов уплотнительных манжет


Для малых диаметров уплотне­ния ( ) применяется оди­нарная цилиндрическая или кони­ческая пружина (рис. 366), а для больших () — несколько пружин (рис. 365, б). При при­менении многопружинных устройств упрощается регулирование, которое достигается с увеличением или уменьшением количества пружин.

В многопружинных устройствах обычно применяют одну пру­жину на каждые 25 длины средней окружности уплотнения.

Рекомендуется применять усилие затяжки пружины, обеспечи­вающее осевое усилие затяжки пакета манжет, равное 0,9 - 1 на каждый сантиметр длины средней окружности пакета.

Рис. 366. Манжетный уплотнительный пакет


Манжеты диаметром до 500 обычно изготовляются нераз­резными и свыше 500 — разрезными. Разрезные манжеты стыкуются по косому срезу под углом или к ее плоскости. При монтаже места стыка отдельных колец манжеты смещаются одно относительно другого на угол , где — число колец.

Количество манжет в уплотняющем узле может быть выбрано в зависимости от давления и диаметра плунжера (табл. 20).



Таблица 20

Зависимость количества манжет от давления и диаметра плунжера

Опыт показывает, что уплотнение, состоящее из шести — восьми манжет, эффективно предотвращает утечку жидкости при давлениях до 400 - 500 и может обеспечить при давлении до 350 срок службы до 2 лет и более непрерывной работы.

Недостатком шевронных манжет является то, что они обладают высоким трением, в особенности при тугой затяжке уплотнительного пакета.

Манжеты прочих профилей. Применяют чашечные манжеты (рис. 367, а), которые обеспечивают при холостых ходах мини­мальное трение по сравнению с рассмотренными выше манжетами.

Рис. 367. Схемы герметизации с помощью чашечной (а) и уголковой (б) манжет и схема распора чашечной манжеты с помощью пружины (в и г)


Однако cилы трения при высоких давлениях могут вследствие большой поверхности соприкосновения манжет с подвижной де­талью значительно возрасти. По этой причине эти манжеты могут быть рекомендованы лишь для давлений до 50 .

Чашечные манжеты изготовляют из резины, прорезиненной ткани и из кожи, причем в последних двух случаях манжеты изготовляются с закругленным основанием. Высоту манжет при диаметре до 50 выбирают равной 12—15 , при диаметре 50 - 100 — не более 16 , при диаметре 100 - 150 — 18 и при 150 - 200 — 25 .

В уплотнительном узле обычно применяют по одной манжете для каждой стороны. Если для повышения надежности применяют несколько таких манжет, их следует устанавливать так, чтобы нагрузка на одно кольцо не пере­давалась на соседние кольца.

Рис. 368. Уплотнение штока силового цилиндра с помощью уголковой манжеты


Для обеспечения плотного контак­та чашечной манжеты с цилиндром (в особенности при низких давлениях) часто применяют распорные пружи­нящие кольца лепесткового типа (рис. 367, в и г), которые поджимают кромку манжеты к цилиндру. Высота кольца должна быть несколько меньше высоты манжеты, с тем чтобы прижим осуществлялся по нескошенной части манжеты. Размер кольца обычно принимают равным диаметру цилиндра; раз­мер меньше на величину, определяемую углом наклона лепе­стков; обычно этот угол выбирают равным . Кольца изготов­ляют из листовой пружинной стали или жесткой латуни. Толщина материала для распространенных размеров манжет от 0,25 (для ) до 0,5 (для ).

На рис. 367, б показана схема манжеты этого типа для уплот­нения штоков, получившая название уголковой манжеты. Эти манжеты применяют в основном для уплотнений штоков малых диаметров при относительно небольших (до 50 ) давлениях. Однако при соответствующем конструктивном исполнении они могут применяться при более высоких давлениях. Для улучшения условий работы манжеты применяют специальную поджимающую буксу (рис. 368).



Рис. 369. Схемы уплотнительных манжет фасонных сечений


Разновидностью рассмотренных манжет являются прямоуголь­ные манжеты с усом (рис. 369, а), которые применяются без рас­порных колец. Уплотнение подобными манжетами отличается малым трением и высокой герметичностью.

Высокими герметизирующими качествами отличаются так на­зываемые Е-образные манжеты (рис. 369, б). Герметичность этих манжет обеспечивается внешними пружинными язычками и жест­кость — средним язычком. Толщина основания этой манжеты меньше глубины канавки, ввиду чего манжета отличается малым трением холостого хода, которое в этом случае обусловлено лишь упругостью боковых язычков. При известном давлении в контакт с уплотняемыми поверхностями приходит, в результате деформа­ции манжеты, также и ее основание.

Эти же манжеты, снабженные чугунным поршневым кольцом для предохранения выдавливания манжеты в зазор (рис. 369, в), применяются для давлений порядка 1500 .
УПЛОТНЕНИЯ РЕЗИНОВЫМИ КОЛЬЦАМИ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

Такие уплотнения состоят из прямоугольного в поперечном сечении резинового кольца, помещаемого в круговую канавку, выполненную в поршне или штоке (рис. 370, а).

Уплотнения этого типа имеют малые габариты уплотнительного узла.

Рис. 370. Принципиальная схема уплотнения резиновым кольцом прямоугольного сечения (а) и сечения колец (б - г)


Герметичность уплотнения при нулевом и малом давлениях жидкости обеспечивается упругостью резины, достигаемой пред­варительным сжатием кольца при монтаже; для этого канавка выполняется такой, что кольцо при монтаже получает радиальное обжатие, равное ~0,1 - 0,2 . При подводе давления жидкости по одну из сторон кольца оно смещается к боковой стенке канавки в направлении действия давления и, деформируясь под действием этого давления, создает плотный контакт по трем поверхностям (рис. 370, б).

Распространяя с некоторыми допущениями на резину закон Паскаля, можем считать, что плотность контакта резинового кольца с уплотняемыми поверхностями будет увеличиваться практически пропорционально увеличению давления жидкости.

С повышением давления увеличивается также сила трения (см. стр. 603), которая зависит от ряда факторов, в том числе от ширины сечения кольца (рис. 370, а), что обусловлено деформа­цией поверхностных слоев при взаимном внедрении неровностей поверхностей резины и металла.

При рабочих давлениях до 400 сила трения в уплотнительных узлах гидросистем возрастает примерно в прямой зави­симости от логарифма давления рабочей среды. В практике обычно допускают для распространенных давлений линейную зависимость трения от давления.

От давления жидкости зависит также износ уплотнительных колец, так как при повышении давления увеличивается выдавли­вание резины в зазор (рис. 370, б). Разрушение кольца начинается обычно в месте, граничащем с зазором (участок ), так как здесь создается максимальное напряжение материала уплотнительного кольца при его деформации.

Разрушение кольца происходит особенно интенсивно при знако­переменном движении и пульсирующем давлении.

Объем канавки должен быть больше объема кольца на величину возможного увеличения последнего в эксплуатации. Практически размеры колец и канавок в поршне выбирают такими, чтобы при монтаже колец в канавке (при нулевом обжатии) был сохранен боковой зазор, равный 0,2 - 0,25 .

Ширина (рис. 370, а) кольца обычно равна 3 - 6 и высота .





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница