فناوری آب‌بندی و انتخاب مواد در سیستم‌های هیدرولیک

درزگیری کلیدی‌ترین عامل برای عملکرد مناسب یک سیستم هیدرولیک است. هرگونه نشت روغن از سیلندر یا پیستون، یا ورود هرگونه آلودگی به داخل سیستم، عمر کل سیستم را کاهش داده و بازده آن را پایین می‌آورد.

برای جلوگیری از نشت روغن به بیرون و نفوذ آلودگی به داخل، صنعت انواع مختلفی از درزگیرها، تکنیک‌ها و روش‌ها را توسعه داده است. هر یک از این موارد ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارد. در برخی کاربردهای سخت‌گیرانه، استفاده از تنها یک درزگیر ممکن است کافی نباشد؛ بنابراین مهندسان به جای آن از یک سیستم درzگیری کامل استفاده می‌کنند.

انتخاب و استفاده از سیستم‌های درزگیری

سیستم آب‌بندی معمولاً از چندین آب‌بند ویژه تشکیل شده است که به‌صورت هماهنگ با یکدیگر عمل می‌کنند تا عملکرد کلی عالی‌ای ارائه دهند. سیستم آب‌بندی سیلندر فشار بالا معمولاً شامل چهار قسمت است: پاک‌کننده (وایپر)، آب‌بند میله (یا آب‌بند اصلی)، آب‌بند بافر (یا آب‌بند ثانویه) و حلقه راهنما.

چهار ماده‌ای که امروزه بیشترین استفاده را در آب‌بندهای هیدرولیک دارند، پلی‌اورتان (PU)، لاستیک نیتریل (NBR)، لاستیک فلوئورو (FKM) و پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE) هستند.

چگونه ماده مناسب را انتخاب کنیم

انتخاب ماده به شرایط کاری بستگی دارد. مواد شیمیایی مختلف به‌صورت متفاوتی با هر ماده واکنش نشان می‌دهند و برخی از آنها می‌توانند فشار یا دمای بالاتری را تحمل کنند.

همچنین ماده باید در برابر خروج از شکل (فشرده‌شدن و خروج از شکل) مقاومت داشته باشد. بنابراین، انتخاب مناسب همیشه به نوع دقیق کار بستگی دارد.

در ادامه رایج‌ترین مواد آب‌بندی و کاربردهای مناسب آنها آورده شده است.

۱. پلی‌اورتان (PU)

پلی‌اورتان یک ماده پلاستیکی مقاوم است که دارای گروه‌های متعدد اورتان در ساختار شیمیایی خود می‌باشد. این ماده نوعی الاستومر ترموپلاستیک است و رفتاری بین پلاستیک سخت و لاستیک دارد و بنابراین شکاف بین این دو را پر می‌کند.

ویژگی‌های آن از سه مواد اصلی زیر ناشی می‌شود: پلی‌ال، دی‌ایزوسیانات و افزودنی افزایش‌دهنده زنجیره. نوع و مقدار هر یک از این مواد، به علاوه نحوه واکنش آن‌ها با یکدیگر، عملکرد نهایی پلی‌اورتان را تعیین می‌کند. معمولاً پلی‌اورتان ویژگی‌های زیر را ارائه می‌دهد:

· استحکام مکانیکی بالا

· استحکام کششی بالا

· مقاومت بسیار خوب در برابر سایش

· انعطاف‌پذیری عالی

· سفتی قابل تنظیم در محدوده وسیعی

· محدوده وسیعی از سختی‌ها در عین حفظ خاصیت کشسانی

· مقاومت خوب در برابر اوزون و پیری

· مقاومت عالی در برابر سایش و پارگی

· مقاومت خوب در برابر روغن و بنزین

محدوده دمایی: ۳۰- تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد. انواع ویژه با عملکرد بالا می‌توانند در معرض روغن معدنی تا ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد برای مدت طولانی قرار گیرند.

۲. لاستیک نیتریل (NBR)

NBR از بوتادین و آکریلونیتریل ساخته می‌شود. مقدار آکریلونیتریل (ACN) خواص آن را به‌طور قابل توجهی تغییر می‌دهد:

· کشسانی

· استحکام در دماهای پایین

· میزان نفوذپذیری گاز از آن

· تنظیم فشار (کم‌شدن دائمی تحت فشار)

· مقاومت در برابر متورم‌شدن در روغن معدنی، گریس و سوخت

NBR با محتوای پایین ACN در دماهای پایین بسیار انعطاف‌پذیر است (تا حدود ۴۵- درجه سانتی‌گراد) اما فقط مقاومت متوسطی در برابر روغن و سوخت دارد. NBR با محتوای بالای ACN بهترین مقاومت را در برابر روغن و سوخت ارائه می‌دهد اما ممکن است تنها

انعطاف‌پذیری را تا دمای ۳- درجه سانتی‌گراد حفظ کنید. با افزایش مقدار ACN، انعطاف‌پذیری کاهش یافته و میزان تنظیم فشار (compression set) بدتر می‌شود.

NBR در موارد زیر عملکرد خوبی دارد:

· مقاومت در برابر متورم‌شدن در هیدروکربن‌های آلیفاتیک، گریس، روغن‌های هیدرولیک مقاوم در برابر آتش نوع HFA/HFB/HFC، روغن‌های گیاهی و جانوری، سوخت سبک و دیزل

· تحمل آب گرم تا دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد (مانند کاربردهای لوله‌کشی)، اسیدها و بازهای ملایم

· مقاومت متوسط در برابر سوخت‌های غنی از آروماتیک

در هیدروکربن‌های آروماتیک، هیدروکربن‌های کلردار، روغن‌های مقاوم در برابر آتش نوع HFD، استرها، حلال‌های قطبی و مایع ترمز گلیکولی به‌طور قابل توجهی متورم می‌شود.

محدوده دمایی: ۴۰- تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد (برای مدت کوتاه تا ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد). ترکیبات ویژه می‌توانند در دماهای پایین تا ۵۵- درجه سانتی‌گراد نیز کاربرد داشته باشند. در دماهای بالاتر از این محدوده، ماده سخت‌تر می‌شود.

۳. کائوچو فلوئورو (FKM)

FKM با ترکیب وینیلیدن فلوراید (VF) با مقادیر مختلفی از

هگزافلوئوروپروپیلن (HFP)، تترافلوئرواتیلن (TFE) و سایر مواد تشکیل می‌شود. ترکیب دقیق و میزان فلورین موجود (۶۵ تا ۷۱ درصد) تعیین‌کننده مقاومت شیمیایی و عملکرد در دمای پایین آن است. این ماده می‌تواند با دی‌آمین‌ها، بیس‌فنول‌ها یا پراکسیدهای آلی پخت شود.

FKM برای موارد زیر شناخته می‌شود:

· مقاومت عالی در برابر دماهای بالا

· مقاومت برجسته در برابر روغن، بنزین، روغن هیدرولیک و حلال‌های هیدروکربنی

· مقاومت خوب در برابر آتش

· نفوذپذیری بسیار پایین گاز

· متورم‌شدن شدید در حلال‌های قطبی، کتون‌ها، روغن‌های هیدرولیک مقاوم در برابر آتش از نوع Skydrol و مایع ترمز

محدوده دمایی: حدود ۲۰- تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد (برای مدت کوتاه تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد). درجات ویژه می‌توانند از ۵۰- تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد را پوشش دهند.

۴. پلی‌تترافلورواتیلن (PTFE)

PTFE از تترافلوئرواتیلن ساخته می‌شود. این ماده غیرکشسان به دلیل ویژگی‌های زیر خاص است:

· سطح آن بسیار صاف و پایدار است

·غیرسمی تا دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد ·ضریب اصطکاک بسیار پایین در برابر تقریباً هر سطحی — اصطکاک ایستا و پویا تقریباً برابر هستند

·عایق‌بندی الکتریکی عالی (تقریباً تحت تأثیر فرکانس، دما یا شرایط آب‌وهوایی قرار نمی‌گیرد)

·مقاومت شیمیایی بهتر از هر پلاستیک یا لاستیک دیگری

·تنها توسط فلزات قلیایی مایع و تعداد کمی ترکیبات فلوئور در دمای بالا حمله می‌شود

محدوده دمایی: از ۲۰۰- تا ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد. حتی در دماهای بسیار پایین نیز هنوز انعطاف‌پذیری جزئی دارد، بنابراین در بسیاری از کاربردهای سرمازده شدید استفاده می‌شود.

از آنجا که PTFE انعطاف‌پذیری زیادی ندارد و ممکن است با گذشت زمان خزش داشته باشد، اغلب آب‌بندی‌های هیدرولیکی آن را با یک فنر یا قطعه لاستیکی ترکیب می‌کنند تا لبه آب‌بندی به‌طور محکم در جای خود باقی بماند.

طرح‌های رایج آب‌بندی در سیلندرهای هیدرولیک

در اینجا رایج‌ترین انواع آب‌بندی‌های استفاده‌شده در سیلندرهای هیدرولیک آورده شده‌اند.

۱. آب‌بندی‌های پیستون

·آب‌بندی بین پیستون و لوله سیلندر — برای عملکرد صحیح سیلندر بسیار حیاتی است

·رایج‌ترین طراحی، آب‌بند لبه‌ای است، اما حلقه‌های O شکل یا حلقه‌های T شکل نیز استفاده می‌شوند

·باید در عین حفظ اصطکاک پایین، آب‌بندی محکمی ایجاد کند

·از مواد مختلفی بسته به کاربرد ساخته می‌شوند

·نیازمند فشار سیستم برای فشردن لبه به‌صورت محکم است

۲. پاک‌کننده‌ها (آب‌بندهای گرد و غبار)

·عملکرد پاک‌کننده قوی برای جلوگیری از نفوذ گِل، آب، گرد و غبار و آلودگی‌ها

·هنگام بازگشت میله، لایه روغن را به داخل سیستم بازمی‌گردانند

·آب‌بندهای اصلی را محافظت کرده و عمر آن‌ها را افزایش می‌دهند

·معمولاً از پلی‌اورتان مقاوم در برابر سایش ساخته می‌شوند

·اغلب به‌عنوان آب‌بندهای گریس روی پین‌های اتصال نیز استفاده می‌شوند

3. آب‌بندی میله

· جلوگیری از نشت روغن از سیستم

· باید در فشارهای پایین و بالا به‌خوبی عمل کند

· نیازمند مقاومت عالی در برابر اکسترود (فشرده‌شدن خارجی) و سایش

· باید لایه روغن را دوباره به داخل سیستم بازگرداند

· معمولاً تا فشار ۳۱٫۵ مگاپاسکال را تحمل می‌کند

4. آب‌بندی بافر

· مقابله با ضربه‌های ناگهانی فشار بالا

· محافظت از آب‌بندی میله در برابر نوسانات فشار

· قادر به تخلیه فشار محبوس‌شده بین آب‌بندی‌ها است که باعث افزایش عمر آب‌بندی میله و امکان استفاده از شکاف گسترده‌تر بدون اکسترود می‌شود. همچنین مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش دارد.

۵. حلقه‌های راهنما (نوارهای سایشی)

· جلوگیری از تماس قطعات فلزی داخل سیلندر با یکدیگر

· حفظ مرکزیت میله پیستون و خود پیستون

· افزایش طول عمر آب‌بندها

۶. حلقه‌های O شکل

· رایج‌ترین نوع آب‌بند برای حالت‌های ایستا (غیرمتحرک)

· ایجاد آب‌بندی از طریق فشرده‌شدن شعاعی یا محوری

· عملکرد در هر دو جهت

· قابلیت استفاده به‌عنوان عامل ایجاد نیرو یا به‌عنوان آب‌بند اصلی

· خودمحکم‌شونده — نیازی به فشار یا سرعت اضافی ندارد

فناوری آب‌بندی قلب تپنده قابلیت اطمینان، عمر طولانی و بازدهی سیستم هیدرولیک است. از انتخاب مناسب‌ترین ماده تک‌جزئی تا طراحی یک سیستم کامل چندجزئی، هر انتخابی باید دقیقاً با فشار، دما و شرایط کاری مورد نظر همخوانی داشته باشد.