حلقات الأختام الدائرية (O-Rings) المصنوعة من المطاط النتريلي (NBR) والبوليوريثان (PU) للاستخدام في ظروف الضغط العالي في الجرارات الهيدروليكية وشاحنات التعدين القلابة العملاقة

تنبع القوة الهائلة لحفارات التحميل الهيدروليكية وشاحنات التعدين الناقلة فائقة الفئة (شاحنات النقل) من الأنظمة الهيدروليكية العاملة عند ضغوط تتراوح عادةً بين ٣٠٠ و٥٠٠ بار. وتُشكّل هذه الأنظمة الجهاز الدوراني للآلة، حيث توفر الطاقة اللازمة لجميع الوظائف بدءاً من حركة الذراع والدلو وصولاً إلى التوجيه والكبح. وتتعرّض الأختام في هذه البيئة لهجومٍ لا يتوقف ناتج عن الضغط العالي، وقِمَم الضغط المفاجئة (الأحمال الصدمية)، ودرجات الحرارة المرتفعة (الناجمة عن الظروف الجوية المحيطة وكذلك انضغاط السائل)، والحركة الديناميكية المستمرة. وقد يؤدي فشل الأختام إلى فقدان القدرة التشغيلية، والتلوث البيئي، وتلف النظام بشكل كارثي.

يظل النتريل (NBR) أكثر مواد الأختام انتشارًا في الأنظمة الهيدروليكية التي تستخدم سوائل هيدروليكية قياسية مبنية على الزيوت المعدنية (من النوع HLP). ويُقدِّم هذا المركب نسبة ممتازة بين التكلفة والأداء، مع مقاومة جيدة للسائل، ومدى حراري كافٍ لمعظم التطبيقات، وخصائص ميكانيكية كافية. ولعديد من الأختام الثابتة (مثل الحلقات التوصيلية O-rings في وصلات المنافذ، وأغطية التوصيل المسطحة) والتطبيقات الديناميكية الأقل طلبًا، يُعد النتريل (NBR) مناسبًا تمامًا. وتُختار المركبات القياسية مثل 70 شور A أو 90 شور A وفقًا لتصميم الحيز المخصص لتركيب الختم (gland) وللضغط المُطبَّق.

ومع ذلك، في أشد التطبيقات الديناميكية حرجًا للأسطوانات —وخاصة أختام المكبس وأختام العمود في الأسطوانات الضخمة الخاصة بالرفع والإمالة —يكون البولي يوريثان (PU أو AU) غالبًا المادة المفضلة. فمركب البولي يوريثان المطاطي ليس مطاطًا بحد ذاته، بل هو بوليمر يتمتَّع بهيكل مختلف تمامًا، ما يمنحه خصائص استثنائية:

· مقاومة فائقة للتآكل والضغط: يمكن القول إنها أكثر موانع التسرب البوليمرية مقاومة للتآكل المتاحة، وقادرة على تحمل التحميل الجانبي والتلامس المحتمل بين المعدن والمعدن في الأسطوانات الكبيرة ذات الشوط الطويل.

· قوة شد عالية وقدرة تحمل عالية للأحمال: فهي قادرة على تحمُّل ضغوط مرتفعة جدًّا دون أن تتشوَّه أو تتدفَّق (تخرج) إلى الفراغات الموجودة بين الأجزاء.

· مقاومة ممتازة للتمزق.

  وعيبها هو نطاق حراري أكثر محدودية (عادةً من -٤٠ °مئوية إلى +100 °مئوية) ومقاومتها الضعيفة للماء الساخن وبخار الماء وبعض المواد الكيميائية. وتُستخدم أساسًا مع زيوت الهيدروليك.

تقدم الشركات المصنعة الأصلية مثل كاتربيلر وكوماتسو وهيتاشي كتيبات صيانة تفصيلية تحدد بدقة مجموعات الأختام المطلوبة لكل طراز أسطوانة. وغالبًا ما تتضمن هذه المجموعات مزيجًا من المواد: البوليوريثان (PU) للأختام الرئيسية الحاملة للضغط، والنتريل بوتادين المطاطي (NBR) للأختام الثانوية ومساحات المسح، وأحيانًا حلقات دعم من مادة البوليتيترافلوروإيثيلين (PTFE) للتطبيقات فائقة الضغط.

إن ظهور معدات التعدين ذاتية القيادة والمشغَّلة عن بُعد في منطقة بيلابرا الأسترالية وبعض مناجم الولايات المتحدة يُضيف طبقةً أخرى من التعقيد. وتزداد أهمية موثوقية الأختام أكثر فأكثر، إذ قد يمر تسربٌ في مركبة غير مأهولة دون أن يُلاحظ حتى يتسبب في عطلٍ ما، مما يؤدي إلى إجراء تشخيصٍ عن بُعد مكلفٍ وتحريك فريق صيانة لإصلاح العطل. وتُدمج استراتيجيات الصيانة التنبؤية، التي تستخدم أجهزة الاستشعار لمراقبة نظافة السائل الهيدروليكي ودرجات حرارته واتجاهات ضغطه، مع بيانات عمر الأختام لجدولة استبدالها خلال فترات الصيانة المخطَّطة، وذلك لتحقيق أقصى درجة ممكنة من توافر الماكينات في هذه العمليات شديدة التكثيف رأسماليًّا والتي تعمل على مدار ٢٤ ساعةً في اليوم و٧ أيامٍ في الأسبوع.