Çin yapımı hidrolik kaya delici makinelerde döndürme ünitesi genellikle yan taraftan su ile beslenir. Conta malzemesinin ve tasarımının seçimi, contanın çalışma performansı ve ömrü üzerinde büyük etkiye sahiptir; bu da dolaylı olarak delme makinesinin genel performansını etkiler.

1. Su Contasının Yüklenme Şekli ve Gereken Özellikleri

Hidrolik kaya matkabı dönme ünitesindeki yan beslemeli su sistemi, temelde üç parçadan oluşur: bir su kılıfı (1), bir su contası (2) ve bir sap kuyruğu (3) (Bkz. Şekil 1). Matkap çalışırken, sap kuyruğu aynı anda yüksek frekansta eksen boyunca ileri-geri hareket ederken döner ve darbe enerjisini iletir. YYC250B hidrolik kaya matkabı su contasının çalışma parametreleri şunlardır: sap dönme hızı 220 devir/dakika, sap darbe frekansı 60 Hz, temizleme suyu basıncı 1 MPa, delme hızı 110 cm/dakika. Bu değerler, su contasının yüksek frekanslı eksenel darbe ve dönme nedeniyle oluşan bileşik sürtünme yüküne maruz kaldığını göstermektedir. Bu nedenle conta malzemesinin aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:

1. İyi su dayanımı — suda fazla şişmemeli ya da küçülmemeli; çözünmemeli, yumuşamamalı ya da sertleşmemelidir.
2. İyi elastik geri dönüş özelliği — iyi şekilde esnemeli ve kalıcı deformasyona uğramamalıdır.
3. İyi aşınma direnci — düşük sürtünme katsayısı.
4. Yüksek mekanik dayanım — iyi çekme mukavemeti, sertlik ve yırtılma direnci.
5. Metal parçalarla herhangi bir reaksiyon göstermez — yapışma veya korozyon yoktur.

Seçenekleri karşılaştırdıktan sonra contanın malzemesi olarak poliüretanı tercih ettik. Moleküler yapısı üre grupları içerdiğinden yüksek mekanik dayanıma sahiptir — bu değer nitril kauçuğa göre yaklaşık 1 ila 4 kat daha yüksektir. Aşınmaya dayanımı mükemmel olup doğal kauçuka göre yaklaşık 10 ila 15 kat daha iyidir. Aynı zamanda iyi yağ direncine sahiptir (nitril kauçuka göre 5 katından fazla daha iyidir) ve ozon ile yaşlanmaya karşı direnci de oldukça iyidir.

Polyüretanın farklı derecelendirmelere sahip iki ana türde bulunduğuna dikkat edilmelidir ve bu seçim, contanın ne kadar iyi çalışacağını etkiler. İlk tür, poliester bazlı polyüretandır (Dongfeng-1 ve JA3 gibi derecelendirmeler). İkinci tür ise polieter bazlı polyüretandır (JA2 ve JA5 gibi derecelendirmeler). Poliester tipi, iyi mekanik özelliklere sahiptir; ancak suya dayanımı zayıftır — su, elastomer ağdaki polar gruplarla kimyasal olarak tepkimeye girerek yapıyı bozar. Ağdaki polar grup sayısı ne kadar fazlaysa, suya dayanımı o kadar düşüktür. Polieter tipinde ise daha az polar grup bulunur; bu nedenle suya dayanımı, poliester tipine kıyasla 5 katından fazla daha iyidir. Ancak polieter tipindeki eter bağları daha az enerji depoladığı için mekanik dayanımı, poliester tipine kıyasla daha düşüktür. Açıkça görülen çözüm, her iki türün güçlü yönlerini birleştirmektir. Bu iki türü birlikte karıştırarak aşınmaya dayanıklı bir dolgu maddesi ekleyerek, hem iyi mekanik performans hem de iyi suya dayanımı sağlayan bir malzeme elde edebiliriz. Bunu gerçekleştirmek amacıyla bir kauçuk ürünleri fabrikasıyla (bir polyüretan üreticisiyle) özel olarak hazırlanmış bir karışım polyüretan malzemesi geliştirdik. Testler, bu malzemeden üretilen contaların önemli ölçüde daha üstün sızdırmazlık performansı ve daha uzun kullanım ömrüne sahip olduğunu göstermiştir.

2. Contur Halkası Türünün Seçilmesi

Dönen ünitenin su contasına uygulanan yük koşulları göz önüne alındığında, Y-tipi contur halkaları seçtik. Bu tip halkaların üç avantajı vardır: (1) Kendiliğinden conta etme etkisi — basınç uygulandığında dudaklar daha sıkı bir şekilde kapanır ve conta etme performansı artar; (2) Düşük çalışma direnci ve sorunsuz çalışma; (3) İyi stabilite, hızlı değişen basınçlara maruz kalan hidrolik parçalar için uygundur. O-tipi halkalar bu koşullar altında burkulma ve hasar görme eğilimindedir.

3. Contanın Çalışma Prensibi

Y tipi halka contaları, başlıca dudaklarının kendiliğinden conta etme eylemiyle sızdırmazlık sağlar. Şekil 2, su kılıfı yuvasına yerleştirilmiş bir Y tipi halkanın temas basıncı dağılımını göstermektedir. Basınç uygulanmadığında yalnızca dudak ucunun deformasyonu nedeniyle küçük bir temas basıncı oluşur (Şekil 2b). İç basınç uygulandığında, Pascal yasasına göre kapalı bir sistemde akışkanla temas halindeki her noktaya iç basınca eşit ve yüzeye dik bir kuvvet iletilir. Bu durum, conta halkasının tabanının eksenel yönde sıkışmasına ve dudakların çevresel yönde sıkışmasına neden olur. Dudakların gövde ile temas alanı artar ve temas basıncı da yükselir (Şekil 2c). İç basınç daha da yükseldiğinde, basınç dağılımı ve büyüklüğü daha da değişir (Şekil 2d) ve dudaklar mil üzerine daha sıkı bastırılır — bu durum "kendiliğinden conta etme etkisi" olarak bilinir. Bu yüzden Y tipi halka, bu su contası uygulaması için uygun bir seçenektir.

4. Dudak Şeklinin Sızdırmazlık ve Ömür Üzerindeki Etkisi

Tema basıncı dağılımı, dudakların şekliyle yakından ilişkilidir. Dudaklı bir halkanın iyi sızdırmazlık sağlayabilmesinin anahtarı, sızdırmazlık temas bandı boyunca oluşan basınç dağılımı ile dudak ucundaki tepe basıncıdır. Şekil 3a, ön dudakta pahı olan ve olmayan Y-tipi halkaların sızdırmazlık etkisini karşılaştırmaktadır. Pahlı halka, sızdırmazlık temas bandında belirgin bir basınç tepe noktası oluşturur; bu da dudaklı sızdırmazlık elemanlarının performans gereksinimlerini en iyi şekilde karşılar. Uygun ön dudak açısı θ seçilerek sızıntı büyük ölçüde azaltılabilir: θ > 30° olduğunda sızıntı, θ = 0° olduğu duruma kıyasla yalnızca yarısı kadardır. Şekil 3b ise arka dudakta (topukta) pahın varlığı ve yokluğuna göre sızdırmazlık etkisini karşılaştırmaktadır. Ön dudaktan farklı olarak, topukta yapılan bir pah çalışma basıncı altında ikinci bir basınç tepe noktası oluşturur; bu da suyun geriye doğru akmasını engeller ancak sızıntıyı artırır. Topukta pah bulunmaması durumunda ikinci bir basınç tepe noktası oluşmaz ve sızdırmazlık daha iyi çalışır.

5. Tasarım Parametrelerinin Sızdırmazlık ve Servis Ömrü Üzerindeki Etkisi

İyi tasarlanmış bir conta halkası, malzemenin tam performansını göstermesini sağlar. Y-tipi halka için performans ve kullanım ömrü açısından en önemli faktörlerden biri, l boyutu ile h boyutu arasındaki ilişkidir (Bkz. Şekil 4). Pratik kullanımda, l/h oranı = 1 olduğunda halka daha uzun bir süre düşük sızıntı seviyesini koruyabilir. Dolayısıyla en iyi conta performansı için l/h oranı 1 olarak tutulmalıdır.

Ayrıca, conta bir süre çalıştırıldıktan sonra dudak açıklığı aşınır. Eğer dudak bu aşınmayı telafi edemiyorsa sızıntı başlar. Dudak duvar kalınlığı b, malzemenin mekanik özellikleri ve şaft çapı dikkate alınarak seçilmelidir. Amacımız, dudakta yeterli rijitlik sağlanırken aynı zamanda esneyebilmesine ve aşınmayı telafi edebilmesine izin vermektedir.

6. Dudaklı Conta Halkasının Montajı

Conta halkası montaj sırasında dikkatli şekilde işlenmezse çizilebilir veya deformasyona uğrayabilir; bu da kaliteyi etkiler ve halkayı kullanılamaz hâle getirebilir. Aşağıdaki noktalara mutlaka dikkat edilmelidir:

• Contur halkasının takıldığı parça (su kılıfı), halkanın uçtan itilirken çizilmemesi için uç yüzeyinde 15° ila 30°'lik bir pah olmalıdır.
• Halkanın geçmesi gereken herhangi bir delik açıklığı da 15° ila 30°'lik bir pah ile donatılmalıdır.
• Montajdan önce takma alanına yağ veya çalışma yağı uygulayarak montaj kuvvetini azaltın.
• Montaj sırasında halkayı aşırı germe, kalıcı plastik deformasyona neden olabilir; bu yüzden bunun önlenmesi gerekir.

Özetle, doğru conta malzemesinin seçilmesi, sağlam bir tasarımın uygulanması ve montaj sırasında dikkatli davranılması, hidrolik kaya matkabı dönme ünitelerinde sızdırmazlık performansını ve ömrünü artırmak için temel unsurlardır. Uygulamada burada tanımlanan yaklaşım iyi sonuçlar vermiştir — sızıntı miktarı azalmış ve kullanım ömrü önemli ölçüde uzamıştır.