1. De ce sunt mediile cu praf, noroi și particule abrazive în special neprietenoase pentru inelele O

The Anelul O se bazează esențial pe deformarea elastică prin compresie pentru a genera presiunea de contact necesară etanșării. Este potrivit pentru etanșări statice, pentru mișcări alternative la viteză scăzută sau pentru unele etanșări auxiliare, dar nu reprezintă o structură special concepută pentru „blocarea prafului, racirea și evacuarea contaminanților”. În special în echipamentele de construcții, în utilajele miniere și în cele agricole, contaminanții externi nu sunt un factor ocazional, ci o condiție constantă a mediului de funcționare.

Cilindrii hidraulici, axele cu pini, motoarele, pompele, supapele, carcasele de transmisie, marginile roților și alte poziții ale mecanismelor pentru utilaje agricole se confruntă adesea simultan cu:

Praf, noroi, nisip, zgură grosolană și fină, apă cu noroi, resturi metalice, apă de spălare, spălare sub presiune ridicată, vibrații și șocuri, încărcare excentrică, viteză scăzută și deplasare lentă, precum și lubrifiere insuficientă.

În prezența combinate a acestor factori, ce Aneluri O fața nu este doar un «mediu de etanșare» simplu, ci un sistem mecanic de uzură extrem de contaminat, extrem de abraziv și supus unor impacturi intense. Explicația Freudenberg privind racletele hidraulice pentru praf subliniază, de asemenea, faptul că funcția racletei este de a împiedica pătrunderea contaminanților externi în cilindru pe măsură ce tija pistonului se retrage, precum și de a izola praful, apa și alte influențe ale mediului în afara marginii de etanșare rezistente la presiune și a zonei de contact.

2. Principalele mecanisme de cedare

1. Uzură abrazivă cauzată de particule: uzură de tip «papir abraziv» a inelului O după pătrunderea particulelor în zona de contact

Când particule provenite din praf, nisip, pulbere de minereu și noroi pătrund între inelul O și tijă, alezaj, corpul cilindrului sau canelură, apare o uzură abrazivă tipică cu trei corpuri:

Primul corp este suprafața metalică de contact, al doilea corp este inelul O din cauciuc, iar al treilea corp este particulele dure capturate între cele două.

Aceste particule efectuează acțiuni micro-tăietoare, de arat și de răzuire pe suprafața de cauciuc în timpul mișcării relative. Ca rezultat, suprafața inelului O se uzează, devine plană, „pilată", tăiată, iar secțiunea transversală se transformă treptat într-o formă ovală; reziliența scade, iar în final presiunea de contact pentru etanșare devine insuficientă, determinând scurgeri. Parker analiza cauzelor de defectare a inelelor O dinamice a lui 's leagă uzura direct de frecare și afirmă că suprafața poate prezenta uzură unilaterală, plană, la inelul O.

În echipamentele miniere și de construcții, nisipul de cuarț, praful de minereu, praful de cărbune și particulele de lut sunt, de obicei, mai dure și, în majoritatea cazurilor, nu au margini rotunjite fine. Acestea nu răzuie materialul de etanșare „cu blândețe", așa cum fac contaminanții lichizi, ci taie activ materialul de etanșare. Materialele de contaminare hidraulică Noria subliniază, de asemenea, faptul că particulele fine acționează ca o hârtie abrazivă asupra componentelor și pot provoca o amplificare continuă a uzurii; toate zonele afectate includ perii de curățare a prafului, suprafețele tijelor și zonele de contact ale etanșărilor.

2. Mâlul formează o «pastă abrazivă», mai periculoasă decât prafusul uscat

Mâlul, apa mâloasă și mâlul cu nisip nu sunt simple contaminanți lichizi. Aceștia prezintă de obicei trei caracteristici distructive:

În primul rând, transportă particule dure; aceste particule, care pătrund în zona de contact a etanșării, provoacă uzură prin frecare.

În al doilea rând, distrug filmul lubrifiant; umiditatea diluează sau îndepărtează filmul de ulei sau membrana de unguent, determinând trecerea zonei de contact către frecarea limită sau chiar către frecarea uscată.

În al treilea rând, formarea de crustă prin uscare: apa mâloasă rămasă în canelură, pe suprafața tijei sau în exteriorul inelului de protecție se usucă și formează o crustă dură, care lezează direct suprafețele din cauciuc și metal la următoarea mișcare.

Aceasta este, de asemenea, cauza pentru care mulți cilindri hidraulici utilizați în exploatarea minieră, în terenurile de nisip, la excavatoare, la mașinile agricole, la combinele de recoltat și la grăpătorii rotativi nu prezintă scurgeri doar o singură dată, ci inițial manifestă o mică scurgere microscopica, contaminare externă, zgârieturi pe suprafața tijei, margini îndoițe ale inelului de protecție, iar ulterior etanșarea principală și inelul O cedează rapid.

3. După distrugerea filmului lubrifiant, inelul O intră într-o stare de frecare uscată

Inelele O utilizate în etanșări dinamice necesită un film extrem de subțire de ulei sau unsură pentru a reduce frecarea; particulele contaminate se aderă la grăsime, îndepărtează filmul de ulei, iar spălarea cu apă și noroi poate, de asemenea, elimina filmul lubrifiant; curățarea la presiune înaltă poate, de asemenea, agrava contactul direct.

După ce apa și particulele pătrund în zona de contact etanșată, lubrifierea nu mai poate urmări cerința, iar inelul O intră în contact direct cu suprafața metalică; căldura generată prin frecare crește, iar suprafața din cauciuc începe să se precipite, să se întărească și să se crăpească în mod spiralat.

Parker a enumerat «lipsa lubrifierii sau lubrifierea necorespunzătoare» ca una dintre cauzele importante ale răsucirii și ale eșecului spiral al inelului O și recomandă asigurarea lubrifierii, îmbunătățirea calității suprafeței, utilizarea unei durități mai potrivite și a unui compus de cauciuc precauționar.

Necesită atenție: expunerea directă la uleiul și grăsimea externă în medii prăfuite nu este întotdeauna benefică. Dacă uleiul și grăsimea externe sunt expuse direct, acestea se vor adera ușor de particulele de praf și nisip, formând o „pastă abrazivă“. Practica corectă nu constă pur și simplu în aplicarea unei cantități suplimentare de grăsime, ci în menținerea lubrifierii în zona de contact etanșată protejată și, în același timp, în blocarea pătrunderii particulelor prin inelul anti-praf, capacul anti-praf, structura în labirint și inelul de sprijin.

4. Particulele de contaminanți se încorporează în cauciuc, transformând garnitura O într-un „agent abraziv“

Materialul din cauciuc este relativ moale comparativ cu metalul, iar particulele fine și dure pot fi presate în suprafața garniturii O, provocând uzură prin încorporare. În acest moment, garnitura O nu mai este doar un obiect supus uzurii, ci, dimpotrivă, zgârie tija, arborele, suprafața alezajului sau a tijei și canalele.

Consecințele tipice includ:

• Apar linii radiale fine pe suprafața tijei sau a arborelui.
• Pe marginile canalelor pot fi observate pete strălucitoare, depresiuni sau zgârieturi.
• Suprafața O-ring-ului prezintă pete lucioase, puncte adâncite sau zgârieturi.
• Un O-ring nou înlocuit prezintă din nou scurgeri într-un interval scurt de timp.

Acest tip de defect este ușor de confundat cu expresiile «materialul nu este rezistent la ulei» sau «calitatea O-ring-ului este slabă», dar cauza reală este faptul că particulele contaminante nu au fost reținute și zona de contact etanșă s-a transformat deja într-o zonă de uzură prin abrazie.

5. Deteriorarea suprafețelor metalice de contact după tăiere deschide definitiv calea de scurgere

Etanșarea cu O-ring se bazează pe calitatea suprafeței metalice de contact. Particulele și particulele abrazive nu doar taie cauciucul, ci zgârie și tija pistonului, tija ventilului, arborele, peretele interior al alezajului și poziția canalului; odată ce suprafața metalică prezintă zgârieturi, pitting, exfoliere a stratului de placare sau leziuni, chiar dacă O-ring-ul este intact, acesta poate fi incapabil să umple aceste canale continue de scurgere.

Datele Noria arată că zgârieturile fine și canelurile de pe suprafața tijei reduc în mod semnificativ durata de viață a racloarelor de praf și oferă contaminanților o cale de a pătrunde în continuare în sistem; o suprafață prea netedă poate, de asemenea, să nu mențină pelicula de lubrifiant.

Aceasta este foarte importantă pentru clienții din domeniul mașinilor de construcții: înlocuirea doar a inelului O, fără reparația suprafeței tijei sau a canelurii, oprește de obicei scurgerea doar pe termen scurt.

6. După ce inelul de protecție împotriva prafului cedează, inelul O este forțat să își asume funcția de „blocare a prafului“

Multe probleme din teren sunt, de fapt, erori de configurare a sistemului de etanșare. Inelul O nu are rolul de a bloca mediile sub presiune; el nu trebuie să acționeze ca primul element anti-praf. Prima linie de apărare trebuie asumată de inelele de protecție împotriva prafului, capetele de protecție împotriva prafului, inelele V, structurile labirintice de protecție împotriva prafului sau carcasele de protecție.

Dacă nu există inel de praf sau dacă buza inelului de praf este uzată, marginea este îndoită, are loc îmbătrânirea sau a fost ales un material prea moale, particulele de praf și noroi vor ajunge direct la poziția etanșării principale și a inelului O. Freudenberg plasează în mod expres inelele de praf ca fiind destinate să împiedice pătrunderea prafului în zona etanșată și subliniază faptul că, în cilindrii pneumatici și hidraulici, praful trebuie menținut la distanță de componentele din interiorul corpului cilindrului.

În cilindrii hidraulici cu contaminare ridicată, inelele de praf monocouche nu sunt, de obicei, suficiente. Aplicațiile cu contaminare ridicată necesită, de obicei, structuri cu o capacitate superioară de blocare a prafului, cum ar fi inelele de praf din poliuretan, inelele de praf cu schelet metalic, inelele de praf bicouche sau inelele de praf rezistente la noroi. Noria indică, de asemenea, că structurile combinate cu două inele de praf sau cu un singur inel de praf sunt potrivite pentru aplicațiile cu contaminare ridicată și pot îmbunătăți durabilitatea sistemului de etanșare.

7. Contaminarea cu particule determină răsucirea inelului O și eșecul spiral.

În mișcarea alternativă, dacă inelul O este supus unei frecvente neuniforme într-o zonă locală, acesta alunecă parțial și se rostogolește parțial, generând în cele din urmă răsucire. După răsucire, suprafața inelului O va prezenta zgârieturi în formă de spirală, tăieturi oblice sau rupturi locale. Parker indică cauzele defectelor de răsucire/specializare ale inelului O ca fiind: excentricitatea, suprafața aspră, lubrifierea deficitară, materialul prea moale, viteza de cursă insuficientă și rostogolirea în timpul montării.

Prafurile și noroiul agravează această defecțiune, deoarece particulele fac coeficienții locali de frecție instabili:

Unele zone au film de ulei, iar frecția este mai mică; alte zone conțin nisip grosolan, iar frecția este mai mare; în unele zone noroiul este uscat și aglomerat, generând rezistență de tip stick-slip.

Alunecarea locală a inelului O este forțată, conducând în final la rostogolire și răsucire. Așadar, atunci când inelul O de pe teren prezintă urme oblice în spirală de aproximativ 45°, rostogolire locală sau tăieturi la capete, nu se trebuie să se considere doar o problemă de montare, ci trebuie, de asemenea, să se verifice intrarea de contaminanți și starea lubrifierii.

8. Impactul presiunii, creșterea jocului și uzura conduc la extrudare și mușcătură

Mașinile de construcții și echipamentele miniere sunt supuse frecvent unor impacturi de presiune, vibrații, încărcări excentrice și deformări elastice ale structurii. Particulele de contaminanți provoacă uzură abrazivă, care mărește în continuare jocul de etanșare, determinând o creștere suplimentară a jocului de extrudare al inelului O. Sub presiune ridicată, inelul O este împins în acest joc, iar marginea sa este tăiată, formându-se o „mușcătură”, o „tragere de filament” sau o pierdere de cauciuc.

Parker explică faptul că extrudarea inelului O apare frecvent în etanșările dinamice, în etanșările statice supuse presiunii pulsatorii, la jocuri excesive și la deformări respiratorii ale pieselor; principalele măsuri contrare includ reducerea jocului, utilizarea inelelor de sprijin, creșterea durității materialului, verificarea compatibilității cu mediul și controlul excentricității.

În medii cu noroi și particule abrazive, eșecul prin extrudare apare adesea simultan cu uzura abrazivă: mai întâi uzura provocată de particule determină creșterea jocului, apoi inelul O supus la presiune ridicată este extrudat în acel joc, iar în final este tăiat de muchia ascuțită; grăunții de nisip și mișcarea repetată deteriorează cauciucul.

9. Rugozitatea excesivă a suprafeței amplifică uzura

O suprafață de contact prea aspră va freca inelul O ca o lamă de cuțit; în schimb, o suprafață prea netedă poate să nu rețină niciun film lubrifiant, provocând frecare uscată. Analiza uzurii Parker subliniază, de asemenea, că în cazul etanșărilor statice supuse unor presiuni pulsatorii ridicate, inelul O se poate deplasa în canelură, generând uzură; dacă calitatea suprafeței este slabă, uzura este mai severă, iar reducerea rugozității suprafeței poate îmbunătăți rezistența la uzura uscată.

Pentru tija cilindrului hidraulic, tija supapei, capetele arborelui și alte etanșări dinamice similare, în special în medii cu noroi și praf: deteriorarea rapidă a finisajului suprafeței conduce la un cerc vicios de formare rapidă a căilor de scurgere; iar uleiul care scapă se va adera, de asemenea, la mai mult praf, generând o contaminare secundară.

3. Caracteristicile distructive ale diferitelor tipuri de contaminanți

4. Scenarii tipice de defectare în mașinile inginerești, echipamentele miniere și mașinile agricole

1. Garnitură de etanșare pentru tija pistonului cilindrului hidraulic

Acesta este cel mai tipic scenariu de defectare cauzat de praf și noroi. Tija pistonului expusă în noroi și nisip în timpul retragerii va aduce contaminanți în interiorul corpului cilindrului. Dacă inelul de protecție împotriva prafului nu poate elimina eficient contaminanții, particulele pătrund în zona de etanșare, provocând defectarea garniturii principale și a garniturii auxiliare în formă de inel O, ceea ce duce la uzură bidirecțională și contaminarea uleiului.

Trelleborg, în soluția sa de etanșare pentru echipamente miniere, enumeră, de asemenea, controlul contaminării cu noroi, apă, cenușă și praf, precum și menținerea lubrifierii, ca obiective importante ale întregului sistem de etanșare.

2. Axul articulației, punctul de pivotare, suportul oscilant învecinat

Aceste poziții sunt adesea expuse solului nisipos, noroiului și încărcărilor prin șoc. Dacă se utilizează un inel O ca garnitură de etanșare directă împotriva prafului sau a grăsimii, expunerea la particule exterioare care se aderă la grăsime formează o pastă abrazivă, iar mișcarea continuă provoacă uzurarea inelului O și a suprafeței metalice de contact.

Acest tip de poziție, cu inele O obișnuite din cauciuc NBR, are de obicei o durată de viață limitată și se recomandă luarea în considerare a inelelor V, a etanșărilor cu carcasa metalică pentru ulei, a etanșărilor combinate, a structurilor în labirint sau a structurilor de blocare a prafului cu reîncărcare periodică de unguent.

3. Echipamente agricole în medii cu noroi, apă și fibre vegetale

Contaminanții din echipamentele agricole nu sunt doar nisip; includ, de asemenea, pleava, paie, îngrășăminte și apă cu noroi. Fibrele vegetale se înrolează ușor la capetele arborelui sau pe suprafețele tijelor, aducând noroi și nisip și agravând astfel contaminarea. Reziduurile de îngrășăminte și pesticide pot, de asemenea, accelera îmbătrânirea chimică, dar ceea ce apare întâi este, de obicei, uzura abrazivă provocată de particulele contaminate.

4. Echipamente miniere: benzi transportoare, echipamente de zdrobire, forare și încărcare

Duretatea prafului de mină este ridicată, particulele sunt fragile și dure, iar intensitatea impactului sarcinii este mare; piesele etanșate sunt predispuse la uzură rapidă, tăiere, comprimare și abrazie. O-ringurile obișnuite în acest tip de mediu sunt mai potrivite ca etanșări statice sau componente auxiliare de compensare, dar nu sunt potrivite ca etanșări dinamice directe împotriva prafului de mină și a noroiului.

5. Cum se evaluează aspectul defecțiunii

O-ringul extras poate fi inspectat pentru următoarele caracteristici:

Parker enumeră, de asemenea, montarea fără lubrifiant, contaminarea, muchiile ascuțite, dimensiunile anormale ale canalelor și ale orificiilor, precum și alte factori care conduc la erori de montare; recomandă curățenia în timpul montării și utilizarea unui lubrifiant pentru montare în vederea verificării.

6. Cum să explicați judecata inginerescă clienților

Aceasta poate fi explicată astfel clienților din domeniul mașinilor de construcții, minerit și utilaje agricole:

Multe defectiuni ale garniturilor inelare O nu sunt cauzate de degradarea materialului din cauciuc, ci de particule de contaminanti care patrund in zona de contact etansare si provoaca uzura abraziva. Praful, noroiul si granulele de nisip distrug filmul de lubrifiant, zgârie suprafata metalica, se imprimă in cauciuc, determinând transformarea garniturii inelare O dintr-o componenta elastica de etansare intr-o componenta continua de uzura abraziva. Inlocuirea simpla a garniturii inelare O, de obicei, nu rezolva cauza fundamentala; este necesar, in mod simultan, sa se verifice inelul de protectie impotriva prafului, structura de protectie, starea suprafetei tijei, jocul din canelura, lubrifierea si controlul contaminarii.

Spus mai direct:

In medii cu praf, noroi si particule abrazive, durata de viata a etansarii depinde in principal de "capacitatea de a bloca particulele", nu doar de "calitatea materialului garniturii inelare O".

7. Combinatie recomandata de solutii

Pentru echipamente contaminate, se recomanda abordarea in urmatoarea ordine de prioritate:

Mai intai, prevenirea prafului: Adaugati sau imbunatatiti inelele de protectie impotriva prafului, inelele de protectie, capacele de protectie impotriva prafului, structurile labirintice, carcasele de protectie flexibile (bellows).

Al doilea, rezistenta la uzura abraziva: Utilizați materiale mai rezistente la uzură, cum ar fi HNBR, PU/TPU sau structuri de etanșare compozite adecvate.

Al treilea: rezistența la extrudare: Adăugați inele de sprijin la presiuni ridicate și jocuri mari sau înlocuiți cu inele T sau etanșări combinate.

Al patrulea: controlul suprafeței: Reparați suprafața tijei, suprafața arborelui, canelura, stratul de placare și teșitura.

Al cincilea: controlul lubrifierii: Utilizați lubrifianți compatibili, mențineți un film de ulei protejat și evitați absorbția de praf de către uleiul sau grăsimea externă.

În final: controlul întreținerii: Asamblați în condiții curate, inspectați periodic inelele de protecție împotriva prafului și evitați impactul direct sub presiune ridicată asupra buzei de etanșare.

În medii cu praf, noroi și particule abrazive, cauza principală a defectării ușoare a inelului O este:

Particulele contaminante pătrund în sistemul de etanșare, distrug lubrifierea, modifică frecarea, deteriorează cauciucul, zgârie metalul, măresc jocul și provoacă răsucirea, extrudarea și scurgerea.

Așadar, rezolvarea acestui tip de problemă nu poate consta doar în întrebarea «ce cauciuc să folosim», ci trebuie să includă simultan și următoarele aspecte:

• De unde provin particulele?
• Există un inel de protecție împotriva prafului?
• Este inelul de protecție împotriva prafului potrivit pentru noroi?
• Se poate menține stratul lubrifiant?
• Suprafața tijei și canelura sunt deja deteriorate?
• Este presiunea de impact și jocul excesiv, necesitând inele de sprijin?
• Este inelul O forțat să îndeplinească și o funcție de protecție împotriva prafului?

Pentru clienții din domeniul echipamentelor pentru construcții, echipamentelor miniere și echipamentelor agricole, o soluție cu adevărat eficientă este, de obicei, combinația sistematică dintre materialul inelului O + structura inelului de protecție împotriva prafului + proiectarea pentru prevenirea prafului + controlul lubrifierii + calitatea suprafeței + inelele de sprijin anti-extrudare, nu pur și simplu înlocuirea inelului O cu unul mai dur sau mai scump.