Akmeņurbuma atbalsta gredzens: kā tas novērš blīvējuma izspiešanu un kā izvēlēties aizvietojuma detaļu

Rezerves gredzens ir mazs, ciets gredzens, kas atrodas blakus blīvējumam un veic vienu funkciju: tas neļauj blīvējumam tikt iedzītam brīvajā spraugā, kad palielinās spiediens. To viegli nepamanīt blīvējuma komplektā, jo tas pats par sevi neblīvē neko. komplekts slēdze jo tas pats pašu neaizsedz neko. Tomēr, ja tas trūkst, ir nodilis vai uzstādīts nepareizajā pusē, parasti nolietojas tieši tas blīvējums, ko tas aizsargāja. Šajā rakstā izskaidrots, ko darīt rezerves gredzens klints urbīšanas blīvējumu komplektā, kāpēc izspiešana ir tik liels risks klints urbīšanā, kā atpazīt problēmu un ko pārbaudīt pirms rezerves daļas pasūtīšanas. Turpmāk minētie skaitļi ir no publicētajām inženierzinātniskajām pētījumu publikācijām, kas norādītas raksta beigās.

Kas ir rezerves gredzens klints urbīšanas blīvējumu komplektā?

Rezerves gredzens, ko sauc arī par pretizspiešanas gredzenu, ir gredzens, kas izgatavots no cietāka materiāla nekā blīvējums, ko tas atbalsta. To uzstāda tajā pašā rievā, kur blīvējums, bet pretējā pusē no spiediena, lai aizpildītu spraugu starp metāldaļām, kurā citādi būtu iespiedams blīvējums. Katalogos to var arī saukt par atbalsta gredzenu, aizmugures gredzenu vai atbalsta gredzenu. Pēdējo nosaukumu reizēm izmanto arī citām daļām, piemēram, vadības vai nodiluma gredzeniem, tāpēc jāpārbauda daļas funkcija, nevis tikai tās nosaukums.

Uz akmeņurbuma urbja atpakaļejošās gredzeni tiek izmantoti kopā ar O-slēdziņi un pistona vai stieņa blīvēm trieciena vienībā un urbja un iekārtas hidrauliskajos cilindros. Tas, vai konkrēts urbjs tos izmanto un kur tie tiek izmantoti, ir atkarīgs no modeļa, tāpēc jūsu mašīnas detaļu shēma ir atsauce.

Kas ir blīvējuma izspiešana un kā tā rodas?

Katram dinamiskajam blīvējam jādarbojas mazā spraugā starp divām metāla daļām, piemēram, starp pistoni un tā dobumu. Kad šķidruma spiediens ir augsts, blīvējuma materiāls tiek virzīts uz zemāka spiediena pusi. Mīksts materiāls iekļūst spraugā. Tas ir izspiešana. Kad blīvējuma daļa nonāk spraugā, kustīgās virsmas to saspiež un saplēš, un radušās bojājumi bieži tiek aprakstīti kā „košļāšana”: katrā spiediena ciklā no blīvējuma malas tiek noņemti nelieli gabaliņi.

Trīs faktori padara ekstrūziju iespējamāku: augstāks spiediens, lielāka atstarpe un mīkstāks blīvējuma materiāls. Augstāka temperatūra arī veicina ekstrūziju, jo vairums blīvējuma materiālu kļūst mīkstāki, sasilstot. Galīgo elementu pētījumi kvantitatīvi novērtē pirmos trīs faktorus. Vienā gumijas O-rings bez atbalsta gredzena [1] pētījumā pamatgadījumā tika izmantots 80 × 3,55 mm liels O-formas blīvējums ar 75 IRHD cietību 16 MPa spiedienā, 0,2 mm lielā atstarpe un 20 % sākotnējā kompresija; blīvējums tika ekstrudēts atstarpe iekšā par 0,166 mm. Mainot vienu faktoru reizē, tika iegūti šādi rezultāti:

• Cietība no 65 līdz 85 IRHD: ekstrudētā garums samazinājās no 0,291 mm līdz 0,086 mm.
• Spiediens no 8 līdz 24 MPa: tas pieauga gandrīz lineāri no 0,048 mm līdz 0,271 mm.
• Atstarpe no 0,10 līdz 0,30 mm: tā pieauga no 0,102 mm līdz 0,258 mm.
• Šķērsgriezuma diametrs no 1,8 līdz 7 mm: tas samazinājās no 0,220 mm līdz 0,126 mm.
• Sākotnējā kompresija no 12 % līdz 28 %: tā gandrīz nemainījās — no 0,166 mm līdz 0,168 mm.

Apvienojot visus simulācijas rezultātus, autori ieguva empīrisku sakarību izspiešanas garumam L [1]:

L = 0,709 − 0,0115 Hr + 0,0159 p + 1,00 t − 0,057 d + 0,0055 d2 (1)

Šeit L ir milimetros, Hr ir cietība IRHD vienībās, p ir spiediens MPa vienībās, t ir rievas sprauga milimetros un d ir O-gredzena šķērsgriezuma diametrs milimetros. Sakarības pielāgojums ir ar korelācijas koeficientu R² = 0,9786; negatīvs L norāda, ka izspiešana nenotiek. Kā jutības vērtības to var izlasīt šādi: katrs papildu MPa pievieno aptuveni 0,016 mm izspiešanas garumam, katrs papildu 0,1 mm spraugas platums pievieno aptuveni 0,1 mm un katrs papildu cietības punkts samazina izspiešanas garumu aptuveni par 0,012 mm. Sprauga ir ar dalāmām attālumu lielākā ietekme. Šī sakarība iegūta, simulējot O-gredzenus cietības diapazonā no 65 līdz 85 IRHD, spiediena diapazonā no 8 līdz 24 MPa un spraugas platuma diapazonā no 0,1 līdz 0,3 mm; tādēļ tā atspoguļo tendenci, bet nav projektēšanas noteikums akmeņurbuma blīvējumam.

Kā atbalsta gredzens aptur izspiešanu?

Piegādātāja norādījumi par blīvējuma dizainu uzskaita trīs veidus, kā risināt izspiešanu. Pirmais ir samazināt atstarpi, kas parasti nozīmē stingrākas ražošanas pieļaujamības un augstākas izmaksas. Otrais ir izmantot cietskāku blīvējuma materiālu, ko bieži ierobežo pieejamie materiāli un kas var sliktāk blīvēt zemā spiedienā. Trešais ir pievienot atbalsta gredzenu, ko parasti uzskata par vispraktiskāko risinājumu.

Atbalsta gredzens darbojas, jo tas ir cietskāks nekā blīvējums un tāpēc pretojas iespiešanai spraugā. Tas aizpilda telpu starp blīvējumu un atstarpi, tādējādi samazinot efektīvo spraugu, kurā var iekļūt mīkstākais blīvējums. Pats blīvējums paliek pietiekami mīksts un elastīgs, lai nodrošinātu blīvēšanu zemā spiedienā, bet gredzens uzņemas spiediena pretošanos malā.

Augšminētie simulācijas rezultāti parāda, kāpēc darbojas katrs no trim variantiem. Attiecībā starp spraugu un izspiešanos spraugas koeficients ir 1,00 mm izspiešanas uz katru mm spraugas, kamēr cietības koeficients ir tikai 0,0115 mm uz katru punktu, tāpēc spraugas samazināšana par 0,1 mm sniedz tādu pašu efektu kā gumijas cietības paaugstināšana par aptuveni deviņiem punktiem. Atbalsta gredzens efektīvi aizver spraugu, jo tagad mīkstajai blīvei jāplūst telpā, kuru ierobežo daudz stingrāks gredzens. Gumijas pašas stingrums aug tikai mēreni kopā ar cietību. Tam pašam savienojumu grupam elastības modulis E (MPa) atkarībā no cietības Hr (IRHD) izsakāms kā [1]:

lg E = 0,0198 Hr − 0,5432 (2)

Šis vienādojums dod aptuveni 5,5 MPa pie 65 IRHD, 7,0 MPa pie 70, 8,7 MPa pie 75, 11,0 MPa pie 80 un 13,8 MPa pie 85 IRHD. Inženierplastmasas, ko izmanto atbalsta gredzeniem, ir daudz stingrākas nekā jebkura no šīm gumijas sakausēm, tāpēc pat plāns gredzens var sasniegt to, ko nespēj daudz cietāka gumija.

Kāpēc spiediena impulsi palielina izspiešanas risku akmeņurbuma urbīšanas laikā?

Uz sitiena vienības spiediens nav nemainīgs. Tas paaugstinās un samazinās katrā sitienā, un asas maksimālās vērtības var rasties, kad pistons maina kustības virzienu. Katra maksimālā vērtība īsu brīdi piespiež blīvi pret atstarpi ar lielāku spēku nekā vidējais darba spiediens liecina. Blīve, kas būtu droša pie vidējā spiediena, var tikt bojāta, ja maksimālās vērtības atkārtojas, jo katrs maksimālais spiediens pievieno mazliet vairāk materiāla atstarpei un katrs cikls to nedaudz vairāk bojā.

Darbojošos urbju pētījumi parāda, cik lielas ir šīs maksimālās vērtības. Urbja modelī, kurš tiek barots ar 15 MPa spiedienu, kamerā spiediens sasniedza aptuveni 25 MPa, kas ir aptuveni 1,7 reizes lielāks par barošanas spiedienu, kad pistons trieca un kad vadības sviruļa virziens mainījās [2]. Prototipā, kurš tiek barots ar 18 MPa spiedienu, primārajā amortizācijas kamerā spiediens uz darba līmeņa 18–20 MPa bija īslaicīgas maksimālās vērtības apmēram 40 MPa [3]. Gredzens, ko izvēlas, pamatojoties uz vidējo spiedienu, būtu pārāk mazs šīm maksimālajām vērtībām.

Gumija reaģē uz šādām impulsu svārstībām ar kavēšanos. Pārejošās simulācijas rezultāti par O-formas gredzena darbību ātrā spiediena maiņas apstākļos [4] apraksta gumiju, izmantojot hiperelastīgo deformācijas enerģijas funkciju un viskoelastīgo relaksācijas likumu:

W = C10 (I1 − 3) + (J − 1)2 / D1 (3)

g(t) = 1 − Σ gi ( 1 − e−t/τi ) (4)

Pirmajā izteiksmē W ir deformācijas enerģijas blīvums, I₁ — pirmā deformācijas invarianta vērtība, J — tilpuma attiecība, bet C₁₀ un D₁ — materiāla konstantes. Otrajā izteiksmē g(t) ir relaksācijas modulis kā daļa no tā sākotnējās vērtības, bet gi un τi — Prone koeficienti un relaksācijas laiki. Modelēšana parādīja, ka augstā spiediena apstākļos spriegums koncentrējās kontaktvietā ar cilindra sienu zemspiediena pusē, kur gredzens tika izspiests un saplīsa pie pamatnes. Ātri mainīgā spiediena pieauguma laikā notika robežvirsmas nobīde un zemspiediena pusē veidojās otrs kontakta spiediena maksimums; abas šīs parādības pastiprinājās, palielinoties spiediena amplitūdai un izmaiņu ātrumam. Spriegums turpināja mainīties arī pēc spiediena stabilizācijas, jo pastāv viskoelastiskā atpalicība [4].

Biežums šo efektu pastiprina. Percusijas biežumā 95 sitieni sekundē [5] blīvējums un tā atbalsta gredzens vienā urbšanas stundā piedzīvo aptuveni 340 000 spiediena ciklus.

Tāpēc ekstrūzijas problēmas nevajadzētu analizēt atsevišķi no pārējās ķēdes. Vāja akumulatora uzlāde vai ierobežota atgriešanās līnija palielina spiediena maksimumus, un atbalsta gredzens nevar pilnībā kompensēt ķēdi, kas rada nenormālus spiediena maksimumus.

Kur tiek uzstādīts atbalsta gredzens un kurā pusē tas jānovieto?

Vispārējais noteikums publicētajos norādījumos ir tāds, ka atbalsta gredzens tiek uzstādīts galvenās blīves zemspiediena pusē, t.i., tai pusē, kas vērsta uz tukšumu, kurā blīve tiks iespiesta. Ja spiediens darbojas tikai vienā virzienā, pietiek ar vienu gredzenu. Ja spiediens darbojas abos virzienos, piemēram, divvirziena cilindra darbības laikā, katrā pusē nepieciešams pa vienam gredzenam. Viens piegādātājs savā rokasgrāmatā ieteic izmantot divus gredzenus, ja spiediena darbības virziens nav zināms.

Gredzenim pievienošanai nepieciešams vietas. Rieva ir jābūt pietiekami platas, lai tajā ievietotu blīvi un gredzenus, tāpēc parasti nevar pievienot atbalsta gredzenu rievai, kas projektēta bez tā.

Gredzena pārklājamās atstarpe ir ierobežota ar spiedienu. Publicētā akmeņurbuma darba rīka pakāpveida blīves avota [6] tabulā norādīta maksimālā diametrālā atstarpe, kura kļūst stingrāka, palielinoties spiedienam. 30–36 mm diametra stieņiem tā ir 0,6–0,3 mm līdz 20 MPa un 0,3–0,2 mm no 20 līdz 40 MPa, bet 38–50 mm diametra stieņiem — 0,8–0,4 mm un 0,4–0,2 mm. Šajā konstrukcijā pakāpveida PTFE gredzens pats pašu ir stingrs elements, un aiz tā esošais O-gredzens nekad neaiztiek kustīgās virsmas. Šīs ir piemēra vērtības vienam blīvju tipam, bet jūsu urbuma rīkam robežvērtības norāda ražotājs.

Kādi ir galvenie atbalsta gredzenu veidi?

Atpakaļsaites gredzeni tiek ražoti vairākos veidos, un veids ietekmē to uzstādīšanas vieglumu:

• Ciešie (nesagrieztie) gredzeni: nepārtraukts gredzens bez spraugas, kas nodrošina pilnu atbalstu, bet tam jātiek izstieptam vai saspiestam, lai to ievietotu; to vieglāk uzstādīt lielākos rievās.
• Skrūvveida vai sadalītie gredzeni: garenvirzienā slīpi sagriezti pa riņķa līniju, tāpēc tos var uzstādīt, nesastiepjot, un tie plaši tiek izmantoti tur, kur gredzenu jāuzstāda pāri flančam vai aizvērtā rievā.
• Spirālveida gredzeni: nepārtraukta sloksne, kas savīta spirālē, ko var uzstādīt mazos diametros un aizvērtās rievās.
• Profilēti elastomēra gredzeni: presēti gumijas gredzeni, parasti no augstas cietības nitrila vai fluoroelastomēra, kuru forma paredzēta O-gredzena izmantošanai un kas parasti tiek izmantoti zemāka spiediena apstākļos.

Kā noteikt, ka blīvējums vai atpakaļsaites gredzens ir izspiests?

Izspiešanas bojājumi bieži ir redzami, kad blīvējums tiek noņemts. Zemāk minētās novērojumus norāda uz izspiešanu, taču tos jāapstiprina, izslēdzot citas iespējamās cēlonis.

Blīvējums, kas ir izgāzies, bieži vien ir zaudējis vai bojājis atbalsta gredzenu, tāpēc gredzenu jāpārbauda katru reizi, kad tiek nomainīts blīvējums.

Kas rada atbalsta gredzena agrīnu atteici?

Atbalsta gredzens var būt kā atteices cēlonis, tā arī tā upuris. Zemāk minētās situācijas pazīstamas kā tā dzīves ilguma saīsinātāji:

• Spiediena maksimumi, kas pārsniedz gredzena materiāla un konstrukcijas aprēķinātos robežvērtības.
• Atstarpe, kas ir paplašinājusies cauruma, pistona vai vadības bukša nodiluma dēļ, tādējādi liekot gredzenam veikt lielāku slodzi, nekā tas bija paredzēts.
• Gredzena materiāls, kas nav piemērots eļļas temperatūrai, tāpēc tas laika gaitā mīkstinās vai sacietē.
• Uzstādīšanas bojājumi, piemēram, gredzena iegriezums, sagriešana vai saspiešana rievā.
• Gredzena uzstādīšana blīves nepareizajā pusē vai tā izlaide, kad blīves komplekts tika atkal salikts kopā.

Uzstādīšanai jāpievērš īpaša uzmanība. Akmeņurbuma urbja kļūdu analīze [7] norāda, ka blīvējumu bojājumi galvenokārt saistīti ar zemu blīvējumu kvalitāti, to bojāšanos uzstādīšanas laikā un nepietiekami precīzu rievas apstrādi, un ieteicams blīvējumus un vārpstas bukšas uzstādīt, izmantojot speciālus rīkus. 65Mn elastīgā tērauda blīvējuma turētāja kļūdu analīze [8] parāda, kā viens vienīgs montāžas solis var salauzt gredzenu. Šis gredzens ir metāla turētājs pista pievienojumā, nevis polimēru pretizspiešanas gredzens, tomēr šis secinājums ir spēkā arī citiem gadījumiem. Circlip knaibles bez robežturētāja saspieda gredzenu līdz ārējam diametram 10,0–10,5 mm, kas pārsniedza tā elastības robežu, kamēr rokas spiediens atbilstoši bija aptuveni 10,31–10,35 mm. Arī lūzums sākās no trauslās pārkarsētās kārtas, kas palika pēc vadu griešanas, un temperēšanas temperatūra tuvu 360 °C bija padarījusi tēraudu cietu, bet trauslu. Risinājums bija mainīt ražošanas secību, paaugstināt temperēšanas temperatūru un izmantot specializētu montāžas ierīci.

Ko jāpārbauda pirms rezerves gredzena nomaiņas un kā izvēlēties pareizo?

Pirms pasūtīšanas pārbaudiet šos punktus secībā:

1. Identificējiet urbja modeli un blīves un gredzena precīzo atrašanās vietu daļu diagrammā, un pierakstiet, cik gredzeni ir uzstādīti un uz kuriem pusēm.
2. Izpētiet veco gredzenu un blīvi, lai noteiktu bojājumu raksturu augšējā tabulā, un saglabājiet tos salīdzināšanai.
3. Pārbaudiet rieviņu, cauruli un pistoni uz nodiluma, kas palielinājis atstarpi, un salīdziniet izmērīto atstarpi ar ražotāja norādīto robežvērtību darba spiedienam.
4. Pārbaudiet spiediena pusi elektroinstalācijā, ieskaitot akumulatora priekšuzpildi, jo augstas svārstības var novākt pat pareizi izvēlētu gredzenu.
5. Ievērojiet ražotāja norādījumus vienības atvēršanai; šis process ir modelim specifisks, un pirms tam elektroinstalāciju jāatbrīvo no spiediena.

Izvēloties aizvietojuma gredzenu, svarīgi trīs punkti:

• Izmēri un profils: gredzenam jāpietiek precīzi rieviņā un spraugā. Gredzens, kas ir nedaudz plānāks, atstāj spraugu vaļā.
• Materiāls: gredzens ir jābūt pietiekami cietam, lai izturētu spiedienu, un piemērotam eļļas temperatūrai. Materiālu salīdzinājums ir sniegts papildu rakstā par atbalsta gredzena materiāliem.
• Komplektētība: gredzens ir jāpielāgo blīvējumam, ko tas atbalsta, tāpēc blīvējumu un gredzenu ir jānomaina kā vienu komplektu, ja vien nav apstiprināts, ka blīvējums nav bojāts.

Kur var iegādāties uzticamu aizvietojuma atbalsta gredzenu?

Atbalsta gredzeni ir mazi un izskatās vienkārši, taču pareizais gredzens ir atkarīgs no rievas, spraugas, spiediena un materiāla. Parasti pielāgošana sākas no OEM daļas numura, rasējuma vai nodilušās daļas, nevis no vispārīga apraksta.

Nandzinas Hovoo Machinery Technology Co., Ltd. ir Ķīnas blīvējumu ražotājs, kas dibināts 2013. gadā un ražo PU, gumijas un PTFE blīvējumu komponentus, tostarp pistona blīvējumus, stieņa blīvējumus un blīvējumu komplektus, kā arī piedāvā produktu klāstu hidrauliskajiem akmeņurbumiem. Uzņēmums norāda, ka piedāvā bezmaksas tehnisko atbalstu. Ja jums ir jāapstiprina piemērotā gredzens blīvējumu komplektam, varat nosūtīt akmeņurbuma modeli, OEM daļas numuru, rievas un gredzena izmērus vai zīmējumu, vecā gredzena un blīvējuma fotogrāfijas, darba spiedienu un eļļas temperatūru un lūgt piegādātājam pārbaudīt gredzena tipu un materiālu pirms pasūtījuma izdošanas.

1. Lu Yunjiang, Huang Le, Dai Changhao. O-gredzena izspiešanas pretestības analīze, balstoties uz Marc. Chinese Hydraulics & Pneumatics, 2020, (3): 84–89. (Ķīniešu valodā)
2. Wang Jiansen, Yan Hongliang, Zhang Xin, Wang Yanjun, Liu Bin, Wei Liejiang. Optimālā spraugas izveide starp trieciena pistoni un cilindru divkameru vadības hidrauliskajā akmeņurbuma urbī. Chinese Hydraulics & Pneumatics, 2025, 49(4): 79–91. (Ķīniešu valodā)
3. Wang Jiansen, Yang Guangsheng, Liu Shaojun, Feng Huai, Wen Yongqiang. Pārspiediena parādības analīze divkameru vadības hidrauliskā akmeņurbuma urbī galvenajā amortizācijas kamerā. Chinese Hydraulics & Pneumatics, 2026, 50(7): 57–67. (Ķīniešu valodā)
4. Yuan Xiaoming, Zheng Ze, Chen Haimin, Li Yongqi, Wang Weiwei, He Shixing. Simulācijas pētījums par O veida statisko blīvējuma gredzenu pulsējoša spiediena ietekmē. Hydraulics Pneumatics & Seals, 2026, tiešsaistē pirmajā izdevumā. (Ķīniešu valodā)
5. Yang Mingming. Eksperimentālā pētījuma par hidrauliskā akmeņurbuma urbja trieciena veiktspēju rezultāti. Equipment Management and Maintenance, 2025, (10). (Ķīniešu valodā)
6. Li Chuan, Yan Tianjun, Li Tiehui. Ietekmes pistona blīvēšana un hidraulisko akmeņurbju solveida blīvējums. Rock Drilling Machinery & Pneumatic Tools, 2003, (3): 8–12. (Ķīniešu valodā)
7. Liu Jiankui, Fu Yuehua, Zhou Shijie. Hidrauliskā akmeņurbuma urbjmašīnu tipisku darbības traucējumu analīze un novēršanas pasākumi. Rock Drilling Machinery & Pneumatic Tools, 2020, (4): 59–61. (Ķīniešu valodā)
8. Han Honkgans, Ma Mingmings, Ju Keksuans, Si Huanruijs. 65Mn elastīgā tērauda blīvējuma turētājgredzena lūzuma cēloņi un kontroles pasākumi. Siltumapstrādes tehnoloģijas un aprīkojums, 2026, 47(3): 74–77. (Ķīniešu valodā)