Glyd gredzens un solu blīve akmeņurbuma hidrauliskajos cilindros: kā tie darbojas un kā izvēlēties aizvietojuma elementu

Aiz katras akmeņurbuma urbības iekārtas barošanas sistēmas, sijas un citiem hidrauliskajiem izpildmehānismiem atrodas divu veidu blīves, kuras pirmajā skatījumā izskatās gandrīz identiskas, bet darbojas dažādās vietās un dažādu iemeslu dēļ: Glyd Ring un Step Seal. Abas kombinē izturīgu PTFE gredzenu ar gumijas slāni zem tā, un kopā tās ir vienas no visplašāk izmantotajām pistona un stieņa blīvēm mūsdienu hidrauliskajos cilindros. Šajā rakstā izskaidrots, kā šīs kompaktās blīves patiesībā darbojas, kur akmeņurbuma urbības iekārta tās izmanto, kā atpazīt to bojājumu un ko pārbaudīt pirms aizvietošanas blīves pasūtīšanas. O-rings aiz katras akmeņurbuma urbības iekārtas barošanas sistēmas, sijas un citiem hidrauliskajiem izpildmehānismiem atrodas divu veidu blīves, kuras pirmajā skatījumā izskatās gandrīz identiskas, bet darbojas dažādās vietās un dažādu iemeslu dēļ: Glyd Ring un Step Seal. Abas kombinē izturīgu PTFE gredzenu ar gumijas slāni zem tā, un kopā tās ir vienas no visplašāk izmantotajām pistona un stieņa blīvēm mūsdienu hidrauliskajos cilindros. Šajā rakstā izskaidrots, kā šīs kompaktās blīves patiesībā darbojas, kur akmeņurbuma urbības iekārta tās izmanto, kā atpazīt to bojājumu un ko pārbaudīt pirms aizvietošanas blīves pasūtīšanas.

Kas ir Glyd Ring un Step Seal?

Glyd Ring un Step Seal ir abas piemēri tam, ko blīvējumu nozare sauc par kompaktblīvējumu vai O-apļa enerģētu PTFE blīvējumu: stingru, zemu berzes PTFE nodiluma gredzenu, ko no apakšas atbalsta gumijas O-aplis, kas to iepriekšsaspiež pret pretējo virsmu. Patieso kontaktu ar cilindra dobumu vai pistona stieni un blīvēšanu veic PTFE gredzens; zemāk esošais O-aplis nodrošina elastīgo spiedi, ko PTFE pašam nevar nodrošināt, jo PTFE, vienreiz saspiests, neatgriežas atpakaļ kā gumija.

Nosaukumi „Glyd Ring” un „Step Seal” sākotnēji radās kā ražotāju preču zīmes, bet tagad tie tiek izmantoti visā nozarē līdzīgi tam, kā pats termins „O-ring” ir kļuvis par vispārīgu nosaukumu. Ķīniešu valodas detaļu katalogos abi bieži tiek iekļauti kopējā terminā glyd ring (Glyd ring), kur step Seal (Step Seal) tiek lietots specifiski stieņa blīvējuma variantam.

Kāda ir atšķirība starp Glyd Ring un Step Seal?

Abi dizaini ir izstrādāti pretējiem uzdevumiem vienā un tajā pašā cilindrā. Glyd Ring ir simetriska, taisnstūrveida profila gredzens, kas nodrošina vienlīdz labu blīvēšanu neatkarīgi no tā, no kuras puses rodas spiediens — tieši tas ir nepieciešams cilindra slēdziņš cilindram, jo hidrauliskais spiediens mainās starp divām pistona pusēm, kad cilindrs izplešas un sarūk. Step Seal ir asimetrisks, pakāpju veida profils, kas paredzēts blīvēšanai tikai vienā virzienā, un tas atbilst stieņa slēdziņš cilindra faktiskajam uzdevumam — uzturēt spiediena zemāko eļļu cilindrā, kamēr stienis kustas iekšā un ārā.

Vienkāršs veids, kā atcerēties šo atšķirību: Glyd Ring tiek uzstādīts uz pistona (cauruma blīvējums, divvirziena blīvēšana), bet Step Seal — uz stieņa (stieņa blīvējums, vienvirziena blīvēšana). Abi izmanto vienu un to pašu pamatkonstrukciju — PTFE materiālu kopā ar O-gredzenu, tāpēc tos bieži apspriež kopā, lai gan tie aizpilda dažādas pozīcijas vienā un tajā pašā cilindrā.

Attēls1: Glyd Ring un Step Seal profila salīdzinājums

Kā O-gredzena enerģētisks elements īstenībā padara PTFE blīvējumu blīvējošu?

PTFE ir vērtēts blīvēšanai tāpēc, ka tam ir ļoti zems berzes koeficients un lieliska ķīmiskā un nodiluma izturība, taču pašam PTFE praktiski nav elastīgās atmiņas: vienreiz saspiests, tas paliek saspiests, nevis atgriežas sākotnējā stāvoklī, lai saglabātu kontaktspiedienu. Gumijas O-formas gredzens, kas novietots aiz PTFE gredzena, risina šo problēmu, darbojoties kā svira: tas nepārtraukti virza PTFE gredzenu uz āru (Glyd Ring iekšējā dobuma rievā) vai uz iekšu (stieņa blīvēšanas izkārtojumā), uzturot nodiluma gredzenu ciešā kontaktā ar kustīgo virsmu pat tad, kad PTFE pakāpeniski nodilst.

Šis darba sadalījums ir tas, kas piešķir kompaktajām blīvēm to raksturīgo uzvedību: zemā berze un zems līkšanas-slīdes slīdēšanas virsmas PTFE kombinācijā ar O-formas gredzena spēju nepārtraukti pielāgot blīves kontaktspēku, kad mainās atstarpe un nodiluma gredzens pakāpeniski nodilst. O-formas gredzena funkcijas zaudēšana — tā paša degradācijas dēļ — izraisa blīves atteici, pat ja PTFE gredzens vēl joprojām izskatās neskarits.

Pamata pārbaude, kuru jebkurš šāds blīvslēgums ir jāiztur pie jebkāda darba spiediena, ir tāda, ka kontaktspiediens starp PTFE gredzenu un kustīgo virsmu ir jāpaliek augstāks par šķidruma spiedienu, ko tas aiztur. Galīgo elementu pētījumi par Glyd Ring blīvslēgiem to apstiprina tieši: maksimālais kontaktspiediens palielinās kopā ar šķidruma spiedienu un paliek virs tā visā pārbaudītajā diapazonā, kas ir nosacījums, lai blīvslēgums nepazaudētu savu blīvumu. Tie paši pētījumi arī parāda, cik jutīga ir blīvslēga darbība pret tā precīzo profilu — vienā sistēmiskā pētījumā vislabāko blīvēšanas veiktspēju augstā spiedienā konstatēja tikai diezgan šaurā ģeometrijas logā, aptuveni dažu desmitdaļu milimetru lielumā gredzena malas rādiusā un dažu grādu lielumā blīvslēga sānu leņķī — tāpēc Glyd Ring un Step Seal profili nav tādi, kurus varētu tuvināt, izmantojot līdzīgi izskatāmu detaļu.

Arī ir vērts saprast, ka atgriezeniskā blīvējuma elements nav ideāla nulles noplūdes barjera pat tad, ja tas darbojas tieši tā, kā paredzēts, kas ir būtiski, novērtējot, vai neliela šķidruma izplūde caur stieņa virsmu patiesībā ir problēma. Reynolds vienādojumā balstītā eļļošanas teorija, ko izmanto, lai modelētu plāno šķidruma kārtiņu starp blīvējuma lūpu un kustīgās virsmas, rāda, ka atgriezeniskais blīvējums pārvieto šķidruma kārtiņu uz āru vienā gaitā un atpakaļ iekšā — atgriezeniskajā gaitā; kopējā noplūde katrā ciklā ir proporcionāla abu šo kārtiņu biezumu starpībai, kas savukārt ir atkarīga no spiediena gradienta šķidruma pusē salīdzinājumā ar gaisa pusē katrā gaitas galā. Blīvējuma profils, kas projektēts tā, lai pastiprinātu spiediena gradientu šķidruma pusē un samazinātu to gaisa pusē, atgriezīs vairāk šķidruma, nekā ļaus izplūst, tuvojoties nulles kopējai noplūdei pilnā ciklā; nepiemērots profils rada pretēju efektu. Tas ir daļa no teorētiskā pamata, kura dēļ nelielas profila izmaiņas, kas mērītas desmitdaļās milimetra (kā minēts iepriekš), var radīt pārmērīgi lielu ietekmi uz izmērīto noplūdi.

Kur akmeņurbuma iekārtās izmanto Glyd gredzenus un solveida blīves?

Akmeņurbuma iekārtā Glyd gredzeni un solveida blīves visbiežāk atrodas hidrauliskajos darbinātāju cilindros, kas pārvieto aprīkojumu ap pašu urbi, nevis akmeņurbuma vienības trieciena mehānismā: barošanas cilindros, kas pārvieto urbi uz priekšu un atpakaļ pa tā vadotni, kā arī būma un pagrieziena cilindros, kas novieto urbi virs urbuma, un līdzīgos darbinātāju cilindros citviet uz nesēja. Šie cilindri darbojas ar to pašu divvirziena, maiņspiediena slodzi, kuru Glyd gredzeni un solveida blīves ir izstrādāti izturēt.

Tā kā īpaši barošanas cilindri cikliski darbojas nepārtraukti visu urbuma darba laiku un darbojas putekļainā, smiltīm un citiem atkritumiem piesārņotā vidē, to pistona un stieņa blīves ir vieni no biežāk nomaināmajiem nodiluma elementiem akmeņurbuma iekārtas pusē, atšķirībā no trieciena pusē lietojamajām nodiluma daļām, piemēram, akumulatora membrānas vai krūzītes blīves, par kurām runā citviet.

Kas notiek, ja nolietojas Glyd gredzens vai pakāpju blīvējums?

Kad PTFE nodiluma gredzens iznīkst vai O-gredzena enerģētisks elements zaudē elastību, blīvējums vairs nevar uzturēt pietiekamu kontaktspiedienu pret cilindra dobumu vai stieni, lai noturētu hidraulisko spiedienu. Praktiskais rezultāts ir iekšējā noplūde gar pistoni (kas izpaužas kā cilindra spējas zudums noturēt slodzi vai kustība slodzes ietekmē) vai ārējā noplūde gar stieņa blīvējumu (redzama eļļas izplūde pie stieņa, īpaši pēc tam, kad cilindrs ilgu laiku nav darbināts un ir bijis spiediena ietekmē).

Tā kā PTFE gredzens un O-gredzens var iznīkt neatkarīgi — sacietējis, plaisājis O-gredzens var padarīt neizmantojamu citādi darbībspējīgu PTFE gredzenu, un iznīcis PTFE gredzens var pakļaut tiešai nodilumam citādi veselu O-gredzenu — blīvējuma komplekta nomaiņa parasti ietver abu komponentu vienlaicīgu aizvietošanu, nevis tos uzskata par atsevišķiem rezerves daļu veidiem.

Attēls2: Nolietojies PTFE blīvējums un O-gredzena enerģētisks elements

Kā noskaidrot, vai jūsu cilindra blīvējums ir iznīcis?

Nekorekta Glyd Ring vai Step Seal darbība parasti izpaužas kā viens vai vairāki no šiem simptomiem:

• Cilindrs zaudē turēšanas spēku vai pārvietojas („slīd”) slodzes ietekmē, kad tam vajadzētu palikt nekustīgam.
• Redzama eļļas noplūde pie stieņa blīves, īpaši redzama pēc tam, kad mašīna ilgu laiku stāvējusi spiediena ietekmē.
• Cilindra kustība kļūst lēnāka vai mazāk stabila, īpaši kustības sākumā.
• Hidrauliskās eļļas piesārņojums vai krāsas maiņa, ko izraisa veltītāja blīve, kas vairs nepiesargā pret putekļiem un citiem svešķermeņiem.
• Cilindrs šķiet „sponģisks” vai zaudē precizitāti pozicionēšanā, kas atbilst iekšējam noplūdēm gar nodilušu Glyd Ring pistona blīvi.

Zemāk esošā tabula saista šos simptomus ar iespējamajām cēlonībām un racionālo pirmo pārbaudi.

Kas izraisa šo blīvju pāragro nodilumu?

Vairāki apstākļi samazina Glyd Ringu un Step blīvju kalpošanas laiku ievērojami zem to projektētā potenciāla:

• Sakaitīts hidrauliskais eļļas šķidrums, kas pārvadā abrazīvus daļiņas, kas paātrina PTFE gredzena slīdošās virsmas nodilumu.
• Izvirzīta, rievota vai korodēta cilindra dobuma vai stieņa virsma, ko PTFE gredzens nevar pilnībā kompensēt, neatkarīgi no tā, cik labi tas ir ievietots.
• O-gredzena enerģētiskā elementa materiāls, kas nav saderīgs ar izmantoto hidraulisko šķidrumu, tādējādi izraisot tā izpletīšanos, sacietēšanu vai elastības zudumu ātrāk, nekā paredzēts.
• Nepareiza uzstādīšana, jo īpaši Step blīves uzstādīšana nepareizā orientācijā, kas no paša sākuma padara neiespējamu tās vienvirziena blīvēšanas funkciju.
• Ilgtspējīga augsta temperatūra, kas pārsniedz O-gredzena enerģētiskā elementa norādīto darba temperatūru diapazonu, jo patiesībā PTFE gredzens ir termiski izturīgs, bet tam zemāk esošais gumijas enerģētiskais elements parasti ir vājākais posms.

Kāpēc uzstādīšanas virzienam ir tik liela nozīme solu blīvējumam?

Glyd Ring simetriskais profils nozīmē, ka to praktiski nav iespējams uzstādīt nepareizā virzienā; tas nodrošina blīvēšanu vienādi neatkarīgi no orientācijas. Solu blīvējuma pakāpjveida, asimetrisks profils ir pretējais: tas speciāli izstrādāts, lai nodrošinātu blīvēšanu tikai vienā virzienā, un tā nepareiza uzstādīšana nozīmē, ka blīvējuma zemspiediena puse tagad vērsta pret spiediena eļļu, kuru tai vajadzētu aizturēt.

Nepareizi uzstādīts solu blīvējums var šķist strādājam kādu laiku, jo O gredzena enerģētisks elements joprojām nodrošina daļēju blīvēšanas spēku, tomēr tas parasti iznāk no darba ātrāk nekā norādītais kalpošanas laiks un var iznākt no darba tādā veidā, kas izskatās identisks parastam nodilumam — tāpēc katru reizi, kad tiek nomainīts stieņa blīvējums, uzstādīšanas orientāciju vajadzētu divreiz pārbaudīt saskaņā ar ražotāja montāžas instrukcijām, nevis vienkārši pieņemt to no groova formas.

Step Seals arī ir dokumentēta, spiedienam atkarīga noplūdes raksturojuma īpašība, kuru vajadzētu zināt pirms kļūdu novēršanas, uzskatot to par „nefunkcionējošu”. Klasiskie pētījumi par Step Seal darbību apraksta četrus režīmus, kad sistēmas spiediens pieaug: apakšslēdzenes režīmu ļoti zemā spiedienā (aptuveni 0–0,6 MPa), kur noplūde ir nenozīmīga; nestabilitātes režīmu (aptuveni 0,6–1,5 MPa), kur slīdošais gredzens var uz brīdi „peldēt”, berze samazinās līdz vietējam minimumam un iekšējā noplūde pagaidu palielinās, pat ja faktiski nekas nav sabrukis; normālās slēdzenes režīmu (aptuveni 3–32 MPa, atkarībā no konstrukcijas), kas aptver lielāko daļu reālo ekspluatācijas spiedienu, kur slēdzenes veiktspēja ir laba un stabila; un slēdzenes sabrukuma režīmu virs slēdzenes norādītā spiediena, kur slēdzenes funkcija beidzas pilnībā. Tā kā nestabilitātes režīms atrodas daudz zemāk par tipiskajiem darba spiedieniem vairumā cilindru, praksē tas reti rada problēmas, tomēr konstrukcijām, kurām jāiziet cauri šim režīmam — piemēram, lēnā spiediena pieauguma laikā — dažreiz to dara apzināti ātri vai kombinē Step Seal ar citu, atšķirīgu slēdzenes veidu tā, lai to nestabilo spiedienu diapazoni nesakristu. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc stieņa slēdzenes pozīcijai parasti paredz daudzkomponentu slēdzenes komplektus, nevis vienu vienīgu gredzenu.

Attēls 3: Solenoīda blīves uzstādīšanas orientācija .

Kā izvēlēties pareizo aizvietošanas Glyd Ring vai Solenoīda blīvi?

Pēc bojājuma apstiprināšanas trīs faktori nosaka pareizo aizvietošanas blīvi:

• Precīzs izmēru atbilstība cilindra dobuma vai stieņa diametram un rievas profilam, jo Glyd Ring un Solenoīda blīves ir izmērotas un veidotas speciāli katram cilindra dizainam.
• PTFE savienojums un O-formas gredzena enerģētisks materiāls, kas piemērots lietojumam ar noteiktu slodzi, ātrumu un hidraulisko šķidrumu; par šiem materiāliem sīkāk rakstīts pavadoņa rakstā par materiāliem, ko izmanto šajās blīvēs.
• Iegādāties savienotu komplektu (PTFE gredzenu kopā ar enerģētisko gredzenu), nevis sajaukt komponentus no dažādiem piegādātājiem, jo abas daļas ir izstrādātas, lai darbotos kopā ar noteiktu piespiešanu un precīzu savienojumu.

Attēls 4: Aizvietošanas blīvju komplekta izvietojums pirms uzstādīšanas

No kurienes var iegādāties uzticamas aizvietošanas blīves?

Tāpēc, kad Glyd Ring un Step Seal izmēri ir specifiski katram cilindra dobuma vai stieņa izmēram un rievas konstrukcijai, to iegāde nozīmē piegādātāja meklēšanu, kurš var nodrošināt precīzi atbilstošus izmērus un ieteikt piemērotu PTFE un O-apļveida blīvējuma kombināciju attiecīgajai lietojumprogrammai, nevis vispārīgi izmērotu detaļu.

Nandzinas Hovoo Machinery Technology Co., Ltd, Ķīnas blīvējumu ražotājs, kas dibināts 2013. gadā, ražo PU, gumijas un PTFE blīvējumu komponentus, tostarp pistona un stieņa blīvējumus Glyd Ring un Step Seal tipa hidrauliskajos cilindros, ko izmanto akmeņu urbšanas, būvniecības un ekskavatoru aprīkojumā, un paziņo, ka nodrošina bezmaksas tehnisko atbalstu, lai pirms pasūtījuma apstiprinātu pareizos izmērus un materiālu kombināciju konkrētam cilindram.

Ja jūs neesat pārliecināts, kuru blīvi jūsu cilindram nepieciešams, uzticēt cilindra dobuma un stieņa diametrus, rievas izmērus un jūsu tipiskos ekspluatācijas apstākļus (spiediens, ātrums, hidrauliskā šķidruma veids un temperatūra) piegādātājam, kurš var veikt atbilstības pārbaudi pret zināmiem cilindru dizainiem, ir visuzticamākais veids, kā iegūt blīvi, kas piestāv un darbojas, kā paredzēts.

Attēls5: Blīvju komplekts iepakots piegādei

1. Dai L. „Hidraulisko reciprocējošo Glyd gredzenu blīvēšanas veiktspējas optimizācija un eksperimentālā pētīšana.“ Maģistra darbs, Džjananu Universitāte, 2025.
2. Yao S. „Solis blīves blīvēšanas raksturlielumu analīze.“ Hidraulika, pneimatika un blīves, 2003, (5): 33–35.
3. Jin Z., Liang G., Long R., Li W. „Glyd gredzenu kalpošanas laika aprēķināšanas metode hidraulisko cilindru pistoniem.“ Šenjana Ķīmiskās tehnoloģijas universitātes žurnāls, 2022, 36(4): 362–367.
4. Nikas G. K. „Hidraulisko svārstošo blīvējumu pētījumi astoņdesmit gadus: triboloģisku pētījumu un saistīto tēmu apskats kopš 1930. gadiem.“ Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2010, 224(1): 1–23.