טכנולוגיית החסימה ובוחרי החומרים במערכות הידראוליות

חיתום הוא המפתח לתפעול תקין של מערכת הידראולית. כל דליפת שמן מהצילינדר או מהפיסטון, או חדירת אבק וגרגרי אבק פנימה, יקצרו את חיי המערכת כולה ויפחיתו את יעילותה.

כדי למנוע דליפת שמן החוצה והחדירה של אבק פנימה, יצרה התעשייה מגוון רחב של חתימות, טכניקות ושיטות. לכל אחת מהן יש יתרונות משל עצמה. במשימות קשות במיוחד, חתימה אחת לבדה עלולה שלא להיות מספיקה, ולכן מהנדסים משתמשים במערכת חיתום מלאה במקום זאת.

בחירת ושימוש במערכות חיתום

מערכת איטום מורכבת בדרך כלל ממספר איטומים מיוחדים שפועלים יחד כדי לספק ביצועים כלליים מצוינים. מערכת איטום של צילינדר לחץ גבוה כוללת בדרך כלל ארבעה חלקים: מחבר ניקוי (Wiper), איטום מוט (או איטום עיקרי), איטום בופר (או איטום משני) וטבעת מדריכה.

ארבעת החומרים הנפוצים ביותר בשימוש באיטומים הידראוליים כיום הם פוליאוריתן (PU), גומי ניטריל (NBR), גומי פלואור (FKM) ו-PTFE.

איך לבחור את החומר המתאים

בחירת החומר תלויה בתנאי העבודה. כימיקלים שונים מגיבים

באופן שונה עם כל חומר, וכמה מהם יכולים לשאת לחץ או טמפרטורה גבוהים יותר. החומר חייב גם להתנגד ליציאה מהצורה שלו עקב דחיסה. לכן, הבחירה הנכונה תמיד תלויה במשימה המדויקת.

להלן חומרי האיטום הנפוצים ביותר ומה הם טובים בו.

1. פוליאוריתן (PU)

פוליאוריטן הוא חומר פלסטי חזק שמכיל מספר רב של קבוצות אורטן במבנה הכבלי שלו. זהו סוג של אלסטומר תרמופלסטי. הוא מתנהג חלקית כפלסטיק קשה וחלקית כגומי, וממלא את הפער בין שני סוגי החומרים.

התכונות שלו נובעות משלושה רכיבים עיקריים: פוליאול, די-איזוציאניאט ומאריך שרשרת. הסוג והכמות של כל אחד מהרכיבים, וכן אופן התגובה ביניהם, קובעים את הביצועים הסופיים. לרוב, פוליאוריטן מספק:

· עמידות מכנית גבוהה

· חוזק מתח גבוה

· עמידות מעולה לשחיקה

· גמישות יוצאת דופן

· קשיחות שניתנת להתאמה על טווח רחב

· טווח רחב של קשיות תוך שמירה על האלסטיות

· עמידות טובה לאוזון ולזדקנות

· עמידות יוצאת דופן לשחיקה ולקריעות

· התנגדות טובה לשמן ולקוטרול

טווח טמפרטורות: 30- עד 80° צלזיוס. סוגי ביצוע גבוהים במיוחד יכולים לספק עמידות של עד 110° צלזיוס לתקופות ארוכות בשמן מינרלי.

2. גומי ניטריל (NBR)

גומי ניטריל (NBR) מיוצר מבוטאדין ואקרילוניטריל. כמות האקרילוניטריל (ACN) משנה את תכונותיו במידה רבה:

· אלסטיות

· עמידות לטמפרטורות נמוכות

· קלות חדירת הגזים דרכו

· התיישנות תחת לחץ (Compression set)

· התנגדות להתנפח בשמן מינרלי, שמן סיכה ודלק

ה-NBR עם ריכוז נמוך של ACN הוא גמיש מאוד בטמפרטורות נמוכות (עד כ־45-° צלזיוס), אך מספק עמידות בינונית בלבד לשמן ודלק. ה-NBR עם ריכוז גבוה של ACN מספק את העמידות הטובה ביותר לשמן ודלק, אך עלול להיות

הישאר גמיש גם בטמפרטורות של עד 3- מעלות צלזיוס. ככל שמספר ACN עולה, האלסטיות ירדה ותופעת הלחץ הקבוע (compression set) מתדרדרת.

נבר טוב ב:

· התנגדות להתנפחות בהידрокربונים אליפטיים, שמן, שמן הידראולי דלק-עמיד מסוג HFA‏/HFB‏/HFC, שמן צמחי ושמני בעלי חיים, דלק קל ודיזל

· סיבולת במים חמים עד 100°‏צ (כמו במערכות אינסטלציה), חומצות קלות ואלקליים קלים

· התנגדות בינונית לדלקים עתירי ארומטיות

הוא מתנפח במידה רבה בהידרוקربונים ארומטיים, בהידרוקربונים כלוריניים, בשמן הידראולי דלק-עמיד מסוג HFD, באסטרים, בסולבנטים קוטביים ובנוזל בלמי גליקול.

טווח טמפרטורות: 40- עד 100°‏צ (לתקופות קצרות ניתן להגיע עד 130°‏צ). תערובות מיוחדות יכולות לפעול גם בטמפרטורות נמוכות של עד 55-°‏צ. מעבר לגבול זה החומר נעשה קשה.

3. גומי פלואור (FKM)

גומי FKM מיוצר על ידי שילוב פלואוריד וינילידן (VF) בכמויות שונות של

הקסה-פלואורו-פרופילן (HFP), טטרה-פלואורו-אתילן (TFE) ורכיבים נוספים. הרכב התערובת ותכולת הפלואור (65%–71%) קובעים את היכולת שלו להתנגד כימיקלים ולטמפרטורות נמוכות. ניתן לקשט אותו באמצעות די-אמינים, ביס-פנולים או פרוקסידים אורגניים.

FKM ידוע ב:

· התנגדות מעולה לטמפרטורות גבוהות

· התנגדות יוצאת דופן לשמן, בנזין, שמן הידראולי ומסיסנים המבוססים על уг hydrocarbons

· התנגדות טובה לדלק

· חדירות גז נמוכה מאוד

· נפיחות גבוהה מאוד במסיסנים קוטביים, קטונים, שמן הידראולי עמיד לבעירה מסוג Skydrol ונוזל בלמים

טווח הטמפרטורות: כ-20- עד 200°מ (לזמן קצר עד 230°מ). דרגות מיוחדות יכולות לפעול בטמפרטורות של 50- עד 200°מ.

4. פוליטטרהפלואורואתילן (PTFE)

PTFE מיוצר מטטרהפלואורואתילן. חומר זה שאינו אלסטי הוא מיוחד בגלל:

· המשטח שלו חלק ויציב ביותר

·ללא רעילות עד 200°מ ·חיכוך נמוך ביותר ביחס כמעט לכל משטח אחר – חיכוך סטטי ודינמי כמעט זהים

·בידוד חשמלי מעולה (כמעט לא מושפע מהתדירות, הטמפרטורה או מזג האוויר)

·עמידות כימית טובה יותר מכל פלסטיק או גומי אחר

·מושפע רק על ידי מתכות אלקליות נוזליות ומספר קטן של תרכובות פלואור בטמפרטורות גבוהות

טווח טמפרטורות: 200-°מ עד 260°מ. גם בטמפרטורות נמוכות מאוד הוא שומר על גמישות מסוימת, ולכן משמש ביישומים רבים בסביבות קרות קיצוניות.

מכיוון ש־PTFE אינו אלסטי במיוחד ויכול לזרום עם הזמן, רוב החתימות ההידראוליות משלבות אותו עם קפיץ או חלק מגומי כדי לשמור על הדקיקה של השפה.

עיצובי חתימות נפוצים בצילינדרים הידראוליים

להלן סוגי החתימות הנפוצים ביותר בשימוש בצילינדרים הידראוליים.

1. חתימות פיסטון

·חתימה בין הפיסטון לצינור הצילינדר – קריטית לתפקוד תקין של הצילינדר

·העיצוב הנפוץ ביותר הוא חתך שפת-חוטם, אך גם טבעות-O או חתכים מסוג T משמשים

·חייב לספק איטום צמוד תוך שמירה על חיכוך נמוך

·יוצר מחומרים שונים בהתאם ליישום

·דורש לחץ מערכת כדי לדחוף את השפה החוצה ולהבטיח איטום צמוד

2. מחסמים (מחסמי אבק)

·פעולה חזקה של סריקה כדי למנוע חדירת בוץ, מים, אבק ואבקנים

·סורק את סרט השמן חזרה לתוך המערכת כאשר המוט מתכווץ

·מגן על חתכים עיקריים ומעלים את משך חייהם

·נעשה בדרך כלל מפוליאוריתן בעל התנגדות גבוהה לשחיקה

·משמש לעיתים קרובות כחתכי שמן-שעווה גם על מסבים של צירים

3. חתימות מוט

·מונעות דליפת שמן מהמערכת

·צריכות לפעול יפה גם בלחצים נמוכים וגם בלחצים גבוהים

·דורשות עמידות מעולה ליציאה החוצה (extrusion) ועמידות לשחיקה

·צריכות להחזיר אתフィילם השמן חזרה לתוך המערכת

·בדרך כלל מסוגלות להתמודד עם לחצים עד 31.5 MPa

4. חתימות בופר

·עושות מול הצלקות של לחץ גבוה באופן פתאומי

·מגינות על חתימת המוט מפני קפיצות לחץ

·יכולות לשחרר לחץ תפוס בין החתימות, מה שמאפשר לחתימת המוט לשרוד זמן רב יותר ומאפשר פער רחב יותר בין החתימות ללא יציאה החוצה (extrusion). כמו כן, עמידות מאוד לשחיקה.

5. טבעות מדריך (טבעות לבלאי)

·מונעות מגע בין חלקים מתכתיים בתוך הגליל

·מבודדות את מוט הפיסטון והפיסטון במרכזו של הגליל

·תורמות לאריכות טווח החיים של החיבורים

6. טבעות O

·הכי נפוצות לחיבורים סטטיים (לא נעים)

·חוברים על ידי דחיסה רדיאלית או אקסיאלית

·פועלות בשני הכיוונים

·ניתן להשתמש בהן כמקור כוח או כחיבור עיקרי

·חיבורים עצמאיים – לא נדרשת לחץ או מהירות חיצוניים

טכנולוגיית החסימה היא ליבו של אמינות מערכת ההידראוליקה, חיים ארוכים ויעילות. מהבחירת חומר בודד הנכון ועד לעיצוב מערכת מרובה חלקים שלמה, כל בחירה חייבת להתאים בדיוק ללחץ, הטמפרטורה והתנאים הפועלים.