Glyd hringur og skrefþættunaraðill í hydraulískum síldreifistöngum: Hvernig þeir virka og hvernig á að velja viðeigandi skiptiþættunaraðil

Aftur hverri bergborðunarfyrirbæris fæðuskeru, ármi og öðrum hydraulískum virkjunareiningum eru tvær þéttunaraðferðir sem líta næstum eins út í fyrsta sýn en framkvæma verkið sína á mismunandi stöðum og af mismunandi ástæðum: Glyd Ring og Step Seal. Bæði samanstanda af slíðurþolandi PTFE-hring með gummí undir honum, og saman eru þær einar af algengustu pistons- og stangsþéttunum í nútíma hydraulískum sílindrum. O-hringur þessi grein útskýrir hvernig þessar þéttnar þéttanir raunverulega virka, hvar þær eru notaðar í bergborðunarfyrirbærum, hvernig á að skilja þegar ein þeirra hefur mistekist og hvað á að athuga áður en pöntun er gerð á viðskiptavörufyrirbæri.

Hvað eru Glyd Rings og Step Seals?

Glyd Ring og Step Seal eru bæði dæmi um það sem þéttunarsviðið kallar þéttun með lágri rúðu eða PTFE-þéttun sem er virkjuð með O-hring: stíf, láglátnings PTFE-slíðurhringur sem er stuðlaður af gummi-O-hring sem áður ákveður þrýstingu á hann gegn andstæðu yfirborði. PTFE-hringurinn er sá sem raunverulega snertir sílindurholum eða pistilsaxlinn og gerir þéttunina; O-hringurinn undir neðan veitir elástíska þrýstingu sem PTFE getur ekki veitt sjálfkrafa, því PTFE sprungar ekki aftur eins og gummí þegar það er samþrýst.

Nöfnin „Glyd Ring“ og „Step Seal“ komu ursprüngulega frá vörumerkjum framleiðenda en eru nú notað á allan hátt í atvinnulífinu, á sama hátt og orðið „O-ring“ hefur orðið almennt hugtak. Í kínverskum hlutaskráum eru bæði oft hópfærð undir yfirheitinu glyd ring (Glyd ring), með step Seal (Step Seal) notað fyrir útgáfuna sem þéttir axlina sérstaklega.

Hver er munurinn á Glyd Ring og Step Seal?

Þessar tvær hönnunir eru gerðar fyrir ólík verkefni á sama sílindri. Glyd Ring hefur samhverfa, rétthyrnt snið, sem gerir honum kleift að þjá jafn vel óháð því frá hvaða hlið vægi kemur — nákvæmlega það sem písluloð þarf, þar sem hydraulískt vægi skiptir um milli tveggja hliða pistilsins þegar sílindriinn lengist og stytst. Step Seal hefur ósamhverft, stigað snið sem er hönnuð til að þjá í einni átt aðeins, í samræmi við raunverulegt verkefni stongloð þess að halda þýttu olíu inni í sílindrinum meðan stöngin færist inn og út.

Auðveld leið til að muna muninn: Glyd Ring er sett á pistilinn (bore seal, tvíhliða þjáning) og Step Seal er sett á stöngina (rod seal, einhliða þjáning). Bæði nota sömu grunnbyggingu með PTFE og O-ring, sem er af hverju þær eru svo oft fjallaðar saman þó þær þjái á mismunandi stöðum í sama sílindrinum.

Mynd1: Samanburður á sniði Glyd Rings og Step Seals

Hvernig gerir O-ring-orkuaukinn PTFE-þjáningu í raun til að þjá?

PTFE er metið fyrir þéttun vegna mjög lágars rafmagns og framúrskarandi efna- og slípavarnar, en sjálft hefur það í raun enga elástíska minni: einu sinni samþrýst þá heldur það samþrýst í staðinn fyrir að snúa aftur til upphaflega stöðu til að halda áfram álagi á yfirborðinu. Gummiringur (O-ring) sem er settur bakvið PTFE-ringinn leysir þetta vandamál með því að virka sem fjöður: hann ýtir áfram á PTFE-ringinn út (fyrir Glyd Ring í holu í rásinni) eða inn (fyrir stöng-þéttun), sem heldur slípuringnum í fastri tengingu við hreyfandi yfirborðið jafnvel þegar PTFE-matið slípist niður með tímanum.

Þessi skipting á verkefnum er það sem gefur þéttunum með lágum rúmmáli einkennandi hegðun: glæðisvæn, lág-stick-slip-slíðrun yfirborð PTFE, í samspili við getu O-ringins til að halda áfram að stilla þéttunarþrýstinginn þegar bil breytast og slípuringurinn slípist gradvíslega. Tap á virkni O-ringins — vegna eigin afbrotas — valdar þéttuninni að mistækast jafnvel þó að PTFE-ringurinn sjálfur gæti enn virðist óskaður.

Grunnprófunin sem slík þéttun verður að klára við hvaða virkilega þrýsting sem er er sú að snertistyrkurinn á milli PTFE-hringins og hreyfanda yfirborðsins verði að vera hærra en þrýstingurinn á vætiskynnum sem þéttunin heldur aftur. Takmarkaða stök-analyser á Glyd Ring þéttunum staðfestir þetta beint: hámarks snertistyrkurinn eykst samhliða vætiskynnsþrýstingnum og er hærra en hann í öllum prófaða bili, sem er skilyrðið sem heldur þéttuninni frá að leka. Sömu rannsóknirnar sýna líka hversu viðkvæm árangur þéttunarinnar er fyrir nákvæmum umrissum hennar – í einni kerfisbundinni rannsókn fannst besti þéttunarárangurinn undir háum þrýstingi aðeins innan frekar nauðugra ramma umrissa, í röð á annars vegar tuga hluta millimetra í brúngeisla og annars vegar nokkrum gráðum í hliðarhorni þéttunarinnar – sem er mikil hluti af því að umriss Glyd Ring og Step Seal eru ekki eitthvað sem má nálga með hlut sem lítur svona út.

Það er einnig gagnlegt að skilja að endurtekinn þjöppunarringur er ekki fullkomlega leklaus hindrun, jafnvel þegar hann virkar nákvæmlega eins og hannaður var, sem er mikilvægt þegar ákvarða á hvort lítið magn leks í rásinni sé raunverulegt vandamál. Smurrunarfræðileg kenning byggð á Reynolds-jöfnunni, sem notuð er til að lýsa þunnri væskufilmu milli þjöppunarringsins og hreyfandi yfirborðs, sýnir að endurtekinn þjöppunarringur ber væskufilma út á einni hreyfingu og ber hana aftur inn á endurhreyfinguna; netóleki á hverjum hring er hlutfallslegur við mismuninn á þessum tveimur filmuthykktum, sem aftur á móti er háður þrýstismisréttinum á væskuhliðinni og loft-hliðinni við hvorn enda hreyfingarinnar. Þjöppunarringslaga sem hannað er til að auka þrýstismisréttinn á væskuhliðinni og minnka hann á loft-hliðinni mun skila meiri væsku en hún látur út, og nálgast netóleika um alla hringinn; slæm samsvörun á löguninni hefur öfug áhrif. Þetta er hluti af kenningunni fyrir því hvers vegna litlar breytingar á löguninni, sem mælast í tíundum millimetra og voru fjallaðar um hér að ofan, geta haft óhlutlæga stóran áhrif á mætan lek.

Hvar nota bergborðarvélir Glyd-hringa og skrefþéttunaraðilar?

Á bergborðarvél eru Glyd-hringar og skrefþéttunaraðilar algengast í hydraulískum virkjarasílindrum sem færa tækin um borðarvélina sjálfa, en ekki inni í álagshreyfinga kerfinu á bergborðarvélinni: sílindrarnir sem færa borðarvélina áfram og til baka eftir leiðarskálinni, sílindrarnir sem staðsetja borðarvélina yfir holuna (boom- og snúningssílindrarnir) og svipuðir virkjarasílindrarnir annarsstaðar á þráðinum. Þessir sílindrarnir eru útsettir fyrir sömu tvíhliða, skiptiháða álagshreyfingu sem Glyd-hringar og skrefþéttunaraðilar voru hannaðir fyrir.

Því miður að fæðusílindrarnir, sérstaklega, ganga stöðugt í gegnum borðunarskiptið og starfa í dulmiklu, ruskmiklu umhverfi, eru pistlar- og stangarþéttunaraðilarnir meðal þeirra slífrisbila sem oftast eru skipt út á vélhúsinu á bergborðarvél, aðgreind frá slífrisbilum á álagshreyfingahliðinni eins og safnaraþéttunaraðilinn eða kubbþéttunaraðilinn sem fjallað er um annarsstaðar.

Hvað gerist þegar glydhringur eða skrefþéttun mistekst?

Þegar PTFE-slífringurinn slífrast í gegn eða þegar O-hringurinn sem veitir álagi mistekst elástíkuna sína getur þéttunin ekki lengur viðhalda nægilegu álagsþrýstingi á gegnum rásina eða stöngina til að halda á bakvið hýdróþrýsting. Á praktískum vettvangi leidir þetta til innri leka um pistilinn (sem birtist sem tap á haldafla sílindrisins eða flækta undir álagi) eða ytri leka um stangarþéttunina (sýnileg olía sem lekir út um stangina, sérstaklega eftir að sílindri hefur verið ónotuður og undir þrýstingi í ákveðinn tíma).

Þar sem PTFE-ringurinn og O-hringurinn geta mistekst óháð hvor öðrum — harðnaður, sprunginn O-hringur getur eyðilagt PTFE-ring sem annars er í góðu ástandi, og slífraður PTFE-ringur getur sett O-hring sem annars er heill út fyrir beinna slífrun — er yfirleitt vísað til skiptis á allri þéttunarpakkanum í stað þess að meðhöndla þætti hennar sem einstaka viðbætur.

Mynd2: Slífraður PTFE-ringur og O-hringur sem veitir álagi

Hvernig get ég vitað hvort þéttun sílindrisins hefur mistekst?

Óvirk Gleðihringur eða skrefþætta birtir sig venjulega sem eitt eða fleiri af eftirtöldu:

• Sílinn missir haldafl eða flýtur undir þyngd þegar hann ætti að vera staðfastur.
• Sjáanleg olíusjúpa við stöngþættu, sérstaklega augljós eftir að vélin hefur verið ónotuð undir þrýstingi.
• Hreyfing sílins er hægri eða minna jafnregluleg, sérstaklega í byrjun á hreyfingu.
• Uppblás eða litbreyting í hydraulíkólíunni vegna þess að vifurþætta er ekki lengur að koma í veg fyrir ryk og rusl.
• Sílinn finnst fyrir eins og sponnugur eða missir nákvæmni í staðsetningu, sem stemmir við innri yfirferð framhjá pistonsþættu.

Tölfræðitöflan hér fyrir neðan tengir þessar táknmyndir við líklega ástæður og ræðan fyrsta athugun.

Hvað veldur óþarfa fyrnun á þessum þéttunum?

Mismunandi aðstæður stytta notkunartíma Glyd Rings og Step Seals langt fyrir neðan hönnunarmörk þeirra:

• Óhrein olía í hydraulíkkerfi með röfandi efnisþáttum, sem hrökkar fyrnun á glíðuyfirborði PTFE-hringsins.
• Skorin, gróf eða ruslóðuð yfirborðsflatarmynd á síldarhluta eða stöng, sem PTFE-hringurinn getur ekki fullkomlega komið í veg fyrir, hversu vel sem hann er settur.
• Efni O-hringsins sem veitir álagið er ósamhæft við notuða hydraulíkolíu, sem veldur því að það svellur, harðnar eða missir elástíkunnar sinnar hraðar en búist er við.
• Rangt uppsetningaraðferð, sérstaklega þegar Step Seal er settur inn í rangri átt, sem felur í sér að upphaflega einstefnuþéttunargerðin verður óvirkt.
• Varmi sem varar lengi yfir mörkum þess sem O-hringurinn sem veitir álagið er hönnuður fyrir, þar sem PTFE-hringurinn sjálfur er vel móttækilegur fyrir hita, en gummihringurinn undir honum er venjulega veikari skortur.

Af hverju er uppsetningarstefna svo mikilvæg fyrir skrefþéttun?

Samhverfaformið á Glyd Ring gerir það í raun ómögulegt að setja það upp á rangan hátt; það þéttir jafnvel þegar það er snúið í hvaða átt sem er. Skrefþéttun hefur hins vegar stigað, ósamhverfu form sem er öfugt: hún er sérstaklega hannað til að þétta í einni átt og ef hún er sett upp á rangan hátt er lágvægi hliðin á þéttuninni núna beint við olíuna sem hún á að halda aftur.

Skrefþéttun sem er sett upp á rangan hátt gæti virðist virka stutt stund, þar sem O-hringurinn sem veitir orku gefur samt nokkra þéttunarkraft, en hún mistekst venjulega langt á undan áætluðum notkunartíma og getur mistekst á hátt sem lítur nákvæmlega eins út og venjuleg slitageyðing — þess vegna er mikilvægt að tvískoða uppsetningarstefnu gegn uppsetningarskýringum framleiðanda hvenær sem stönguthéttun er skipt, ekki bara ráða út frá lögun á rásinni.

Step Seals hafa einnig skrifað, þrýstidependent lekkaeinkenni sem gott er að vita áður en reynt er að greina þá sem „misheppnaðar“. Klassíska rannsókn á hegðun Step Seals lýsir fjórum svæðum þegar kerfisþrýstingurinn hækkar: undir-seglunarsvæði við mjög lágan þrýsting (um það bil 0 til 0,6 MPa), þar sem lekkur er ómerkilegur; óstöðugt svæði (um það bil 0,6 til 1,5 MPa), þar sem skífunarringurinn getur tímabundið flotið og friðjudragi fellur í staðbundin lægsta gildi, sem stundum aukar innri lekk, þótt ekkert hafi í raun misheppnast; venjulegt seglunarsvæði (um það bil 3 til 32 MPa, eftir hönnun), sem nýtist flestum raunverulegum starfsmátaþrýstingum, þar sem seglunaraðstönd er góð og stöðug; og svæði þar sem seglunin mistekst yfir þrýstingsskilyrði seglsins, þar sem seglunin brýtur saman alveg. Þar sem óstöðuga svæðið liggur vel fyrir neðan venjulegan starfsmátaþrýsting á flestum sílindrum veldur því sjaldan vandræðum í raunverulegum notkunum, en hönnun sem verður að fara í gegnum það — til dæmis við hægða þrýstingshækkun — fer stundum með vitu hratt í gegnum það, eða parar Step Seal við annan, öðrum tegundar segl svo að óstöðug þrýstisvæði þeirra skerist ekki. Þetta er ein af ásökunum fyrir því að marghluta seglupakkar, frekar en einn ringur, eru venjulegur staðall fyrir stöngarseglun.

Mynd 3: Setning á stigþéttun .

Hvernig velurðu rétta skiptiþéttunina, Glyd Ring eða stigþéttunina?

Þegar villa hefur verið staðfest er hún ákvarðuð af þremur þáttum:

• Nákvæm samsvörun í mæli við innri þvermál síldarinnar eða þvermál stangsins og rillskyni, því Glyd Rings og stigþéttanir eru stærðsettar og hönnuðar sérstaklega fyrir hverja síld.
• PTFE-hnitsmengi og efni fyrir O-hring sem virkar sem orkugjafi, sem passar við álag, hraða og vökva í hydraulíkkerfinu, sem er útskýrt nánar í tengdum grein um efni sem notað eru í þessum þéttunum.
• Að kaupa samsettan pör (PTFE-hring og orkugjafi) frekar en að blanda hlutum frá mismunandi framleiðendum, því þessir tveir hlutar eru hönnuðir til að vinna saman við ákveðið passa og spennu.

Mynd 4: Uppsetning á skiptiþéttunarsjóði áður en sett er í

Hvar geturðu fundið áreiðanlega skiptiþéttanir?

Þar sem mælingar á Glyd Ring og Step Seal eru tiltekinnar fyrir hverja sílindru eftir þvermáli, stöngarmáli og rilluformi, þá fer leit að framleiðanda að því að finna framleiðanda sem getur veitt nákvæmar mælingar og mælt með viðeigandi PTFE- og O-hringasambandi fyrir ákveðna notkun í stað almennt stærðaðs hlutar.

Nanjing Hovoo Machinery Technology Co., Ltd, kínverskur framleiðandi þéttunarhluta sem var stofnaður árið 2013, framleiðir PU-, gummí- og PTFE-théttunarhluti, þar á meðal pistilsþéttunir og stangsþéttunir af gerðum Glyd Ring og Step Seal sem notaðar eru í hydraulískum sílindrum í bergborunaraðgerðum, byggingarvinnu og grófsmálsbílum, og segir að það veiti frjálsan tæknihjálparþjónustu til að staðfesta rétta mælingar og efni-samband fyrir ákveðna sílindru áður en pöntun er skráð.

Ef þú ert ekki viss um hvaða þéttun sígillinn þinn þarf, þá er áreiðanlegast að veita birganda upplýsingar um innri þvermál sígilsins, þvermál stangsins, mál á röndunum og venjulegar starfsskilyrði (þrýstingur, hraði, tegund hydraulískrar vökvavara og hitastig), svo hann geti samanburðarviðmiðað við þekktar sígildsgreiningar.

Mynd5: Þéttunarsjöt pakkuð fyrir sendingu

1. Dai L. „Aðgerðagreining og tilraunir á þéttun Glyd-hringa í vélrænum pistlum með vökvadreglunni.“ Meistarauppskifti, Háskólinn í Jiangnan, 2025.
2. Yao S. „Greining á þéttunarstöðu skrefþéttunar.“ Hydraulík, loftþétting og þéttanir, 2003, (5): 33–35.
3. Jin Z., Liang G., Long R., Li W. „Reiknigátt fyrir þjónustutíma Glyd-hringa í vélrænum pistlum með vökvadreglunni.“ Tímarit Háskólans í Shenyang fyrir efnafræðitækni, 2022, 36(4): 362–367.
4. Nikas G. K. „Áttatíu ár af rannsóknum á þéttun í vélrænum pistlum með vökvadreglunni: Yfirlit yfir reibunarfriðjufræðilegar rannsóknir og tengdar efni frá 1930-tölu.“ Ferill stofnunar vélaræðinga, hluti J: Tímarit um verkfræðifriðjufræði, 2010, 224(1): 1–23.