1. Prečo sú prostredia s prachom, blatom a abrazívnymi časticami obzvlášť nepriateľské voči O-krúžkom

Rúry O-ring v podstate závisí od elastickej tlakovej deformácie, ktorá vytvára kontaktný tlak na tesnenie. Je vhodný pre statické tesnenia, pomalé reciprokujúce pohyby alebo niektoré pomocné tesnenia, avšak nie je špeciálne navrhnutou štruktúrou na "zabraňovanie vnikaniu prachu, odstraňovanie nečistôt a kontrolu výtokov". Najmä v stavebných strojoch, ťažobnom vybavení a poľnohospodárskych strojoch vonkajšie kontaminanty nie sú náhodným faktorom, ale trvalou charakteristikou prevádzkového prostredia.

Hydraulické valce, kolíky, motory, čerpadlá, ventily, prevodovky, okraje kolies a iné mechanizmy poľnohospodárskych strojov sa často nachádzajú v situácii, keď sú vystavené nasledovnému súčasne:

Prachu, blatu, piesku, hrubým a jemným škváram, bahennému vodnému roztoku, kovovým úlomkom, umývacej vode, vysokotlakovému čisteniu, vibráciám a nárazom, nesymetrickému zaťaženiu, nízkej rýchlosti a pomalému plazivému pohybu a nedostatočnému mazaniu.

Keď sa tieto faktory navzájom prekrývajú, čo O-rings plocha kontaktu nie je jednoduchý „tesniaci materiál“, ale vysokej kontaminácie, vysokej abrazívnej a vysokovplyvovej mechanický systém opotrebovania. Vysvetlenie prachového kefky pre hydraulický valec od spoločnosti Freudenberg tiež zdôrazňuje, že funkciou prachového kefky je zabrániť vniknutiu vonkajších kontaminantov do valca pri retrakcii pohyblivého zástrčkového hriadeľa a izolovať prach, vodu a iné vonkajšie vplyvy mimo tesniacej hrany a oblasti kontaktu pod tlakom.

2. Hlavné mechanizmy poruchy

1. Abrazívne časticové opotrebovanie: Opotrebovanie O-krúžku typu „pískový papier“ po vniknutí častíc do plochy kontaktu

Keď častice prachu, piesku, rudy a bahna vniknú medzi O-krúžok a hriadeľ, otvor, teleso valca alebo drážku, vyskytuje sa typické trojtelesné abrazívne opotrebovanie:

Prvé teleso je kovový kontaktujúci povrch, druhé teleso je gumový O-krúžok a tretie teleso sú tvrdé častice zachytené medzi nimi.

Tieto častice vykonávajú mikrorezanie, oranie a odškrabávanie na povrchu gumy počas relatívneho pohybu. Výsledkom je, že povrch O-krúžku sa opotrebuje, stane sa rovný, chĺpkovitý, rezaný a prierez sa postupne mení na oválny, pričom sa zníži pružnosť; nakoniec je kontaktový tesniaci tlak nedostatočný a vzniká únik. Parker analýza zlyhania dynamických O-krúžkov spoločnosti Noria priamo spája opotrebovanie s trením a uvádza, že povrch sa môže prejaviť ako jednostranné opotrebovanie O-krúžku na rovný povrch.

V ťažobnom a strojníckom strojníctve sú kremeňový piesok, prášok z rudy, uhoľný prášok a ílové častice zvyčajne tvrdšie a väčšinou nemajú jemné zaoblené okraje. Nepreškrabujú tesniaci materiál „jemne“ ako kvapalné kontaminanty, ale aktívne ho režú. Kontaminačné materiály hydraulických systémov spoločnosti Noria tiež uvádzajú, že jemné častice pôsobia ako brúsny papier na komponenty a môžu spôsobiť neustále zvyšovanie opotrebovania; ovplyvní to prachové kefky, povrch tyče aj oblasti kontaktu tesnení.

2. Bláto tvorí „abrasívnu pastu“, ktorá je nebezpečnejšia ako suchý prach

Bláto, blátová voda a pieskové bláto nie sú jednoduché kvapalné kontaminanty. Zvyčajne majú tri deštruktívne charakteristiky:

Po prvé, prenášajú tvrdé častice; tieto častice pri vniknutí do tesniacej kontaktnej plochy spôsobujú opotrebovanie.

Po druhé, ničia mazaciu vrstvu; vlhkosť zriedi alebo odstráni olejovú vrstvu či mazivovú membránu, čím sa kontaktová zóna posunie smerom k hraničnému treniu alebo dokonca k suchému treniu.

Po tretie, usychanie a tvorba kôry; blátová voda, ktorá zostane v drážke, na povrchu tyče alebo mimo prachového krúžku, uschne a vytvorí tvrdú kôru, ktorá pri ďalšom pohybe priamo poškodí gumový a kovový povrch.

Práve preto sa u mnohých hydraulických valcov používaných v baníctve, na pieskových lomoch, v kopáčkach, poľnohospodárskych strojoch, kombajnoch a rotáciou obrábacích strojoch netvoria jednorazové úniky, ale najprv sa objavia jemné mikroúniky, vonkajšie kontaminácie, poškrabania povrchu tyče, vyklopenie okraja prachového krúžku a následne rýchlo zlyhajú hlavné tesnenie a O-krúžok.

3. Po zničení mazacej vrstvy prechádza O-krúžok do stavu suchého trenia

O-krúžky v dynamických tesneniach potrebujú na zníženie trenia extrémne tenkú vrstvu oleja alebo maziva; kontaminujúce častice sa prilepia na tuk, odškrabú mazaciu vrstvu a splachovanie bahnom a vodou ju tiež odmyje; vysokotlakové čistenie môže spôsobiť priamy kontakt, čo zhorší situáciu.

Keď sa voda a častice vtlačia do oblasti tesniaceho kontaktu, mazanie nestačí na udržanie, čo viedie k priamemu kontaktu medzi O-krúžkom a kovovým povrchom; teplota trenia stúpa, povrch gumy začína vylúčovať sa, tvrdnúť a trhá sa.

Spoločnosť Parker uviedla „nedostatok mazania alebo zlé mazanie“ ako jednu z dôležitých príčin skrúcania a špirálového poškodenia O-krúžkov a odporúča zabezpečiť vhodné mazanie, zlepšiť kvalitu povrchu, použiť vhodnejšiu tvrdosť a opatrný gumený zmes.

Vyžaduje pozornosť: priamo vystavovať sa vonkajšiemu oleju a mazivu v prachových prostrediach nie je nevyhnutne vhodné. Ak je vonkajší olej alebo mazivo priamo vystavené, ľahko sa na ne prilepia prach a piesok a vytvoria tzv. „abrazívnu kašu“. Správnym postupom nie je jednoducho aplikovať viac maziva, ale udržiavať mazanie v chránenom tesniacom kontakte a súčasne zabraňovať vnikaniu častíc pomocou prachového krúžku, prachového klobúka, bludiskovej štruktúry a podpornej manžety.

4. Kontaminantné častice sa zapichnú do gumy a samotné O-krúžky sa stanú „abrazívnymi“

Gumový materiál je v porovnaní s kovom relatívne mäkký a jemné tvrdé častice sa môžu zapchať do povrchu O-krúžku a spôsobiť zabudované opotrebovanie. V tomto okamihu už O-krúžok nie je len predmetom opotrebovania, ale naopak poškrabáva povrch tyče, hriadeľa, otvoru alebo drážky.

Typické dôsledky zahŕňajú:

• Na povrchu tyče alebo hriadeľa sa objavia jemné radiálne rýhy.
• Na okrajoch drážky možno vidieť svetlé škvrny, vrypy alebo rýhy.
• Povrch O-krúžku ukazuje lesklé miesta, vrysy alebo škrabance.
• Nový nahrádzaný O-krúžok opäť netesní po krátkom čase.

Tento typ poruchy sa ľahko myli za „materiál nie je odolný voči oleju“ alebo „kvalita O-krúžku je nízka“, avšak skutočnou príčinou je to, že kontaminujúce častice neboli zadržané a tesniaca kontaktová zóna sa už stala oblasťou opotrebenia.

5. Poškodenie kovových styčných plôch po rezaní trvalo otvára cestu na únik.

Tesnenie O-krúžku závisí od kvality povrchu kovovej styčnej plochy. Častice a abrazívne častice nielen pretrhajú gumu, ale tiež poškodia piestový tyč, ventilový hriadeľ, hriadeľ, stenu valca a polohu drážky; ak sa na kovovej ploche objavia škrabance, bodkové poškodenia, odpadávajúci povlak alebo rany, aj keď je O-krúžok nepoškodený, nemusí byť schopný vyplniť tieto nepretržité cesty na únik.

Údaje spoločnosti Noria ukazujú, že jemné škrabance a drážky na povrchu tyče významne skracujú životnosť prachového tesniaceho krúžku a poskytujú nečistotám cestu do systému; príliš hladký povrch tiež môže zabrániť udržaniu mazacej vrstvy.

Toto je pre zákazníkov stavebných strojov veľmi kritické: výmena iba O-krúžku bez opravy povrchu tyče alebo drážky zvyčajne len dočasne zastaví únik.

6. Po zlyhaní prachového krúžku je O-krúžok nútený plniť funkciu „zabraňovania vnikaniu prachu“

Mnoho problémov v teréne je v podstate chybou vo výbere komponentov tesniaceho systému. O-krúžok nie je určený na zabraňovanie vnikaniu tlakového média a nemal by fungovať ako prvý prvkový ochranný prvok proti prachu. Prvú obrannú líniu by mali tvoriť prachové krúžky, prachové klobúky, V-krúžky, labyrintové prachové bariéry alebo ochranné kryty.

Ak chýba prachový kruh alebo je poškodená jeho tesniaca ústna časť, okraj sa prevrátil, materiál starnul alebo je príliš mäkký, prach a blátivé častice sa priamo dostanú na hlavné tesnenie a na pozíciu O-krúžku. Freudenberg výslovne definuje funkciu prachových krúžkov ako zabránenie vniknutiu prachu do tesniacej oblasti a zdôrazňuje, že v pneumatických a hydraulických valcoch musí byť prach ďaleko od súčastí vnútri telesa valca.

V hydraulických valcoch s vysokou kontamináciou jednovrstvové prachové kružky zvyčajne nestačia. Aplikácie s vysokou kontamináciou zvyčajne vyžadujú robustnejšie štruktúry na blokovanie prachu, napríklad prachové kružky z polyuretánového materiálu, prachové kružky so kovovým rámovým základom, dvojvrstvové prachové kružky alebo ťažké prachové kružky pre blato. Spoločnosť Noria tiež uvádza, že kombinované štruktúry s jedným alebo dvoma prachovými kružkami sú vhodné pre aplikácie s vysokou kontamináciou a môžu zvýšiť trvanlivosť celého tesniaceho systému.

7. Kontaminácia časticami spôsobuje skrútenie O-krúžku a spirálové poškodenie

Pri vratnom pohybe, ak O-krúžok zažíva lokálne nerovnomerné trenie, ľahko sa čiastočne šmýka a čiastočne kotrí, čo nakoniec vedie k skrúteniu. Po skrútení sa na povrchu O-krúžku objavia špirálovité rany, šikmé rezy alebo lokálne prerušenia. Spoločnosť Parker uvádza ako príčiny skrútenia/špirálových defektov O-krúžkov excentricitu, drsný povrch, zlé mazanie, príliš mäkký materiál, nedostatočnú rýchlosť zdvihu a kotrenie počas montáže.

Prítomnosť prachu a bahna tento poruchový jav zhoršuje, pretože častice spôsobujú nestabilitu lokálnych koeficientov trenia:

V niektorých oblastiach je olejový film, teda trenie je nižšie; v iných oblastiach sú hrubé pieskové častice, teda trenie je vyššie; v ďalších oblastiach je bahno vysušené a tvorí odpor typu stick-slip.

Lokálne šmýkanie O-krúžku sa premieňa na kotrenie a nakoniec na skrútenie. Preto keď sa na mieste prejavujú na O-krúžku šikmé špirálovité stopy pod uhlom približne 45°, lokálne kotrenie alebo roztrhnutie ústia, nemali by sme tento jav jednoducho považovať za problém pri montáži, ale mali by sme tiež skontrolovať prítomnosť kontaminantov a stav mazania.

8. Vplyv tlaku, zväčšená medzera a opotrebovanie vedú k extrúzii a „ukúsaniu“

Strojné zariadenia a ťažobné vybavenie sú vystavené častým nárazom tlaku, vibráciám, nerovnomernému zaťaženiu a elastickej deformácii konštrukcie. Kontaminujúce častice spôsobujú abrazívne opotrebovanie, čím sa ďalej zväčšuje tesniaca medzera a tým aj medzera pre extrúziu O-krúžku. Pri vysokom tlaku je O-krúžok stlačený do tejto medzery, pričom sa okraj oreže, čo vytvára jav „ukúsania“, „vyťahovania vlákna“ alebo chýbajúcu gumu.

Parker vysvetľuje, že extrúzia O-krúžku sa bežne vyskytuje pri dynamickom tesnení, statickom tesnení pri pulzujúcom tlaku, nadmernej medzere a deformácii súčiastok pri dychovaní; hlavné protiopatrenia zahŕňajú zníženie medzery, použitie podporovacích krúžkov, zvýšenie tvrdosti materiálu, kontrolu kompatibility prostredia a reguláciu excentricity.

V prostredí bahna a abrazívnych častíc sa extrúzia často vyskytuje súčasne s abrazívnym opotrebovaním: najprv abrazívne opotrebovanie spôsobí zväčšenie medzery, potom sa O-krúžok pod vysokým tlakom extruduje do tejto medzery a nakoniec je preseknutý ostrou hranou; pieskové zrná a opakovaný pohyb poškodzujú gumu.

9. Nadmerná drsnosť povrchu zvyšuje opotrebovanie

Príliš drsný kontaktový povrch bude O-krúžok „brúsiť“ ako nožová hrana; príliš hladký povrch naopak nemusí udržať mazaciu vrstvu, čo spôsobí suché trenie. Parkerova analýza opotrebovania tiež uvádza, že statické tesnenia vystavené vysokému pulzujúcemu tlaku sa môžu v drážke posúvať a tým spôsobiť opotrebovanie; ak je kvalita povrchu nízka, opotrebovanie je závažnejšie. Zníženie drsnosti povrchu môže zlepšiť odolnosť voči suchému opotrebovaniu.

Pre vodné valcové tyče, ventilové hriadeľky, koncové časti hriadeľov a podobné dynamické tesnenia je to najmä tak: v prostredí s ílom a prachom sa povrchová úprava rýchlo zhoršuje, čo vedie k zlému kruhu rýchlo vznikajúcich netesností; navyše unikajúca olejová vrstva sa tiež lepí na ďalší prach, čím vzniká sekundárne znečistenie.

3. Rôzne typy poškodzujúcich nečistôt

4. Typické scenáre porúch v strojoch pre stavebníctvo, ťažbu a poľnohospodárstvo

1. Tesnenie piestneho tyče hydraulického valca

Toto je najtypickejší scenár porúch spôsobených prachom a bahnom. Pri zasúvaní sa piestna tyč vystavuje bahnu a piesku, čo spôsobuje vnikanie kontaminantov do telesa valca. Ak prachové tesnenie nedokáže kontaminanty účinne odstrániť, častice vniknú do tesniacej oblasti a spôsobia poruchu hlavného tesnenia a pomocného O-krúžkového tesnenia, čo vedie k obojsmernému opotrebovaniu a kontaminácii oleja.

Spoločnosť Trelleborg uvádza v riešeniach pre tesnenie ťažobného vybavenia kontrolu kontaminácie bahnom, vodou, popolom a prachom a udržiavanie mazania ako dôležité ciele celého tesniaceho systému.

2. Kolík, otáčací bod, podpora otáčania v blízkosti

Tieto polohy sú často vystavené piesočnej pôde, bahnu a nárazovému zaťaženiu. Ak sa ako priame tesnenie proti prachu alebo mazivu používa O-krúžok, vonkajšie častice sa priľnú k mazivu a tvoria abrazívnu kašu, ktorá pri pohybe neustále opotrebováva O-krúžok aj kovový dotykový povrch.

Tento typ polohy, jednoduché bežné O-krúžky z NBR materiálu zvyčajne majú obmedzenú životnosť a mali by sa zvážiť V-krúžky, kostróvé olejové tesnenia, kombinované tesnenia, labyrintové konštrukcie alebo pravidelné dopĺňanie maziva v štruktúrach na zabraňovanie vnikaniu prachu.

3. Poľnohospodárske stroje v prostredí s bahnom, vodou a rastlinnými vláknami

Kontaminanty v poľnohospodárskych strojoch nie sú len piesok, ale tiež slama, seno, hnojivo, voda a bahno. Rastlinné vlákna sa ľahko namotávajú na koncoch hriadeľov alebo na povrchoch tyčí, čím dovnútra zanesú bahno a piesok a ešte viac zhoršia kontamináciu. Zvyšky hnojív a pesticidov môžu tiež zosilniť chemické starnutie, avšak najprv sa zvyčajne prejaví abrazívne opotrebovanie spôsobené kontaminačnými časticami.

4. Ťažobné dopravníky, drtiče, vŕtačky a vykládacie zariadenia

Tvrdosť prachu z ťažobných činností je vysoká, častice sú krehké a tvrdé, intenzita nárazového zaťaženia je veľká a tesniace časti sú náchylné na rýchle opotrebovanie, rezanie, stláčanie a opotrebovanie abrazívnym účinkom. Bežné O-krúžky v tomto type prostredia sú vhodnejšie ako statické tesnenia alebo pomocné kompenzačné komponenty, nie však ako priame dynamické tesnenia proti rudičke a bahnu.

5. Ako posúdiť príznaky poruchy

Odstránený O-krúžok možno preskúmať na nasledujúce príznaky:

Spoločnosť Parker tiež uvádza suché mazanie pri montáži, kontamináciu, ostré hrany, nevhodné rozmery drážky a ústia otvoru a ďalšie faktory spôsobujúce chyby pri montáži a odporúča dodržiavať čistotu počas montáže a používať montážne mazivo na kontrolu.

6. Ako vysvetliť technické posúdenie zákazníkom

Toto možno vysvetliť zákazníkom v oblasti strojov pre stavebníctvo, ťažbu a poľnohospodárstvo nasledovne:

Mnoho porúch O-krúžkov nie je spôsobených degradáciou gumového materiálu, ale vniknutím kontaminantných častíc do tesniacej kontaktnej zóny, čo spôsobuje abrazívne opotrebovanie. Prach, bahno a piesočné zrná ničia mazaciu vrstvu, poškrabujú kovový povrch a zapadajú do gumy, čím sa O-krúžok mení z pružného tesniaceho prvku na neustále abrazívne opotrebujúci sa prvok. Jednoduchá výmena O-krúžku zvyčajne nestačí na odstránenie základnej príčiny; súčasne je potrebné skontrolovať prachový krúžok, ochrannú konštrukciu, stav povrchu závodu, voľnosť v drážke, mazanie a kontrolu kontaminácie.

Povedané priamo:

V prostredí prachu, bahna a abrazívnych častíc životnosť tesnenia závisí predovšetkým od toho, „či sa častice dajú zabrániť ich vniknutiu“, nie len od toho, „či je materiál O-krúžku vhodný.“

7. Odporúčaná kombinácia riešení

Pre kontaminované zariadenia sa odporúča postupovať v nasledujúcom poradí priority:

Najprv prevencia prachu: Pridať alebo vylepšiť prachové krúžky, ochranné krúžky, prachové klobúky, bludiskové konštrukcie, ochranné plášte z miechov.

Druhým krokom je odolnosť proti opotrebovaniu: Použite materiály s vyššou odolnosťou proti opotrebovaniu, napríklad HNBR, PU/TPU alebo vhodné kompozitné tesniace štruktúry.

Tretie: odolnosť proti vytlačovaniu: Pri vysokom tlaku a veľkom medzere pridajte podporové krúžky alebo prejdite na T-krúžky, kombinované tesnenia.

Štvrté: kontrola povrchu: Opravte povrch tyče, povrch hriadeľa, drážku, nanesenú vrstvu a fazetovanie.

Piate: kontrola mazania: Používajte kompatibilné mazivá, udržiavajte chránený olejový film a vyhýbajte sa absorpcii prachu vonkajším olejom alebo tukom.

Nakoniec: kontrola údržby: Vykonajte čisté montážne práce, pravidelne kontrolujte prachové krúžky a vyhýbajte sa priamemu vysokotlakovému nárazu na tesniaciu perku.

V prostredí prachu, bahna a abrazívnych častíc je hlavnou príčinou zlyhania O-krúžkov:

Časticové nečistoty vstupujú do tesniaceho systému, ničia mazanie, menia trenie, opotrebovávajú gumu, poškrabujú kov, zväčšujú medzeru a spôsobujú skrútenie, vytláčanie a únik.

Riešenie tohto typu problému teda nesmie spočívať len v otázke „akú gumu použiť“, ale zároveň musí zahŕňať nasledovné kroky:

• Odkiaľ pochádzajú časticové nečistoty?
• Je inštalovaný prachový krúžok?
• Je prachový krúžok vhodný pre blato?
• Je možné udržať mazaciu vrstvu?
• Bol už povrch závodu a drážky poškodený?
• Je tlakový impulz a medzera nadmerná, takže sú potrebné podporovacie krúžky?
• Nepresahuje O-krúžok svoju funkciu ochrany pred prachom?

Pre zákazníkov v oblasti stavebných strojov, ťažobného vybavenia a poľnohospodárskeho strojného vybavenia je skutočne účinným riešením zvyčajne systematická kombinácia materiálu O-krúžku + štruktúry prachového krúžku + návrhu ochrany pred prachom + kontroly mazania + kvality povrchu + podporovacích krúžkov proti vytláčaniu, nie len jednoduchá výmena za tvrdší alebo drahší O-krúžok.