Công nghệ và lựa chọn vật liệu làm kín trong hệ thống thủy lực

Niêm phong là yếu tố then chốt để hệ thống thủy lực hoạt động ổn định. Bất kỳ rò rỉ dầu nào từ xi-lanh hoặc pít-tông, hoặc bất kỳ bụi bẩn nào xâm nhập vào bên trong, đều sẽ làm giảm tuổi thọ của toàn bộ hệ thống và làm giảm hiệu suất hoạt động.

Để ngăn chặn dầu rò rỉ ra ngoài và bụi bẩn xâm nhập vào bên trong, ngành công nghiệp đã phát triển nhiều loại gioăng niêm phong, kỹ thuật và phương pháp khác nhau. Mỗi loại đều có những ưu điểm riêng. Trong một số ứng dụng khắc nghiệt, chỉ một gioăng đơn lẻ có thể không đủ, do đó các kỹ sư thường sử dụng cả một hệ thống niêm phong hoàn chỉnh.

Lựa chọn và sử dụng hệ thống niêm phong

Một hệ thống niêm phong thường bao gồm nhiều gioăng chuyên dụng phối hợp với nhau nhằm đảm bảo hiệu suất tổng thể vượt trội. Hệ thống niêm phong cho xi-lanh chịu áp lực cao thường gồm bốn thành phần: gioăng gạt (wiper), gioăng thanh trượt (rod seal – hay còn gọi là gioăng chính), gioăng đệm (buffer seal – hay còn gọi là gioăng phụ) và vòng dẫn hướng (guide ring). Hệ thống niêm phong cho pít-tông thường chỉ gồm một gioăng chính và một vòng dẫn hướng.

Bốn vật liệu được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong các gioăng thủy lực là polyurethane (PU), cao su nitrile (NBR), cao su fluoro (FKM) và PTFE.

Cách lựa chọn vật liệu phù hợp

Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào điều kiện làm việc. Các hóa chất khác nhau phản ứng

khác nhau với từng loại vật liệu, và một số vật liệu có thể chịu được áp suất hoặc nhiệt độ cao hơn. Vật liệu cũng phải có khả năng chống biến dạng do bị nén ép. Do đó, lựa chọn phù hợp luôn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của công việc.

Dưới đây là các vật liệu làm kín phổ biến nhất và những ưu điểm của chúng.

1. Polyurethane (PU)

Polyurethane là một loại nhựa tổng hợp bền, có nhiều nhóm urethane trong cấu trúc hóa học. Đây là một dạng elastome nhiệt dẻo. Vật liệu này vừa thể hiện tính chất của nhựa cứng, vừa thể hiện tính chất của cao su, nằm ở vị trí trung gian giữa hai loại vật liệu này.

Tính chất của polyurethane bắt nguồn từ ba thành phần chính: polyol, diisocyanate và chất mở mạch. Loại và lượng sử dụng của từng thành phần, cùng với cách chúng phản ứng với nhau, quyết định hiệu suất cuối cùng. Polyurethane thường mang lại:

· Độ bền cơ học cao

· Độ bền kéo cao

· Khả năng chống mài mòn rất tốt

· Độ linh hoạt xuất sắc

· Độ cứng có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng

· Phạm vi độ cứng rộng nhưng vẫn giữ được tính đàn hồi

· Kháng ôzôn và lão hóa tốt

· Kháng mài mòn và rách xuất sắc

· Kháng dầu và xăng tốt

Dải nhiệt độ: -30 đến 80°C. Các loại cao su hiệu suất đặc biệt có thể chịu được tới 110°C trong thời gian dài khi tiếp xúc với dầu khoáng.

2. Cao su nitrile (NBR)

NBR được sản xuất từ butadiene và acrylonitrile. Lượng acrylonitrile (ACN) thay đổi làm ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của nó:

· Tính đàn hồi

· Độ dai ở nhiệt độ thấp

· Độ dễ dàng khi khí đi qua

· Độ biến dạng nén dư

· Khả năng chống phồng lên trong dầu khoáng, mỡ bôi trơn và nhiên liệu

NBR có hàm lượng ACN thấp rất linh hoạt ở nhiệt độ thấp (xuống tới khoảng -45°C), nhưng chỉ có khả năng chống dầu và nhiên liệu ở mức trung bình. NBR có hàm lượng ACN cao có khả năng chống dầu và nhiên liệu tốt nhất, tuy nhiên có thể chỉ

duy trì tính linh hoạt xuống tới -3°C. Khi hàm lượng ACN tăng lên, độ đàn hồi giảm và độ biến dạng nén dư trở nên xấu hơn.

NBR có ưu điểm ở:

· Khả năng chống phồng lên trong các hydrocarbon mạch thẳng, mỡ bôi trơn, dầu thủy lực chống cháy loại HFA/HFB/HFC, dầu thực vật và động vật, nhiên liệu nhẹ và dầu diesel

· Chịu được nước nóng tới 100°C (ví dụ như trong hệ thống cấp nước), axit và kiềm nhẹ

· Khả năng chống nhiên liệu giàu aromatic ở mức trung bình

Nó phồng lên mạnh trong các hydrocarbon aromatic, hydrocarbon clor hóa, dầu thủy lực chống cháy loại HFD, este, dung môi phân cực và chất lỏng phanh glycol.

Dải nhiệt độ: -40 đến 100℃ (trong thời gian ngắn có thể lên tới 130℃). Các hỗn hợp đặc biệt có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp xuống tới -55℃. Khi vượt quá giới hạn này, vật liệu sẽ trở nên cứng hơn.

3. Cao su fluor (FKM)

FKM được sản xuất bằng cách kết hợp vinyliden fluoride (VF) với các lượng khác nhau của

hexafluoropropylene (HFP), tetrafluoroethylene (TFE) và các thành phần khác. Thành phần pha trộn và hàm lượng flo (65%–71%) quyết định khả năng chống hóa chất và chịu nhiệt độ thấp của vật liệu. FKM có thể được lưu hóa bằng diamine, bisphenol hoặc peroxide hữu cơ.

FKM nổi tiếng nhờ:

· Khả năng chịu nhiệt độ cao xuất sắc

· Khả năng kháng dầu, xăng, dầu thủy lực và dung môi hydrocarbon tuyệt vời

· Khả năng chống cháy tốt

· Độ thấm khí rất thấp

· Độ trương nở cao trong các dung môi phân cực, xeton, dầu thủy lực chống cháy loại Skydrol và dầu phanh

Dải nhiệt độ: khoảng -20 đến 200℃ (trong thời gian ngắn có thể lên tới 230℃). Các loại đặc chủng có thể hoạt động trong dải từ -50 đến 200℃.

4. Polytetrafluoroethylene (PTFE)

PTFE được sản xuất từ tetrafluoroethylene. Vật liệu không đàn hồi này đặc biệt vì:

· Bề mặt rất trơn và ổn định

· Không độc hại ở nhiệt độ lên tới 200℃ · Hệ số ma sát cực thấp trên hầu hết mọi bề mặt khác — ma sát tĩnh và ma sát động gần như bằng nhau

· Cách điện tuyệt vời (gần như không bị ảnh hưởng bởi tần số, nhiệt độ hoặc điều kiện thời tiết)

· Khả năng chống hóa chất vượt trội hơn bất kỳ loại nhựa hay cao su nào khác

· Chỉ bị ăn mòn bởi kim loại kiềm ở dạng lỏng và một số hợp chất flo ở nhiệt độ cao

Dải nhiệt độ: -200℃ đến 260℃. Ngay cả ở nhiệt độ rất thấp, vật liệu vẫn giữ được một mức độ linh hoạt nhất định, do đó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng ở điều kiện lạnh khắc nghiệt. Vì PTFE không có tính đàn hồi cao và có hiện tượng chảy dẻo theo thời gian, nên phần lớn các phớt thủy lực kết hợp PTFE với lò xo hoặc bộ phận cao su để duy trì độ siết chặt của mép phớt.

dải nhiệt độ: -200℃ đến 260℃. Ngay cả ở nhiệt độ rất thấp, vật liệu vẫn giữ được một mức độ linh hoạt nhất định, do đó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng ở điều kiện lạnh khắc nghiệt. Vì PTFE không có tính đàn hồi cao và có hiện tượng chảy dẻo theo thời gian, nên phần lớn các phớt thủy lực kết hợp PTFE với lò xo hoặc bộ phận cao su để duy trì độ siết chặt của mép phớt.

Các Thiết Kế Phớt Thông Dụng Trong Xi Lanh Thủy Lực

Dưới đây là các loại phớt phổ biến nhất được sử dụng trong xi lanh thủy lực.

1. Phớt Pittông

· Phớt giữa pittông và ống xi lanh – rất quan trọng để xi lanh hoạt động đúng cách

· Thiết kế phổ biến nhất là phớt môi, nhưng cũng có thể dùng phớt O-ring hoặc phớt chữ T

· Phải tạo ra độ kín khít cao đồng thời duy trì ma sát ở mức thấp

· Được làm từ các vật liệu khác nhau tùy theo yêu cầu công việc

· Cần áp suất hệ thống để ép chặt phần môi phớt

2. Phớt Gạt (Phớt Chống Bụi)

· Có khả năng cạo mạnh để giữ bùn, nước, bụi và đất bên ngoài

·Lau màng dầu trở lại vào hệ thống khi thanh piston thu vào

·Bảo vệ các phớt chính và giúp chúng bền lâu hơn

·Thường được làm từ polyurethane chịu mài mòn cao

·Cũng thường được sử dụng làm phớt mỡ trên các chốt liên kết

3. Phớt thanh piston

·Ngăn chặn dầu rò rỉ ra ngoài hệ thống

·Phải hoạt động hiệu quả cả ở áp suất thấp và áp suất cao

·Cần có khả năng chống ép lồi và chống mài mòn xuất sắc

·Nên đưa màng dầu trở lại vào hệ thống

·Thường chịu được áp suất lên đến 31,5 MPa

4. Phớt đệm

· Chịu được các cú sốc áp suất cao đột ngột

· Bảo vệ phớt trục khỏi các đỉnh áp suất

· Có thể giải phóng áp suất bị kẹt giữa các phớt, nhờ đó kéo dài tuổi thọ phớt trục và cho phép khe hở rộng hơn mà không xảy ra hiện tượng ép lồi (extrusion). Đồng thời có độ chống mài mòn rất cao.

5. Vòng định tâm (vòng chịu mài mòn)

· Ngăn các chi tiết kim loại bên trong xi-lanh tiếp xúc với nhau

· Giữ trục piston và piston luôn ở vị trí trung tâm

· Hỗ trợ kéo dài tuổi thọ của các phớt

6. Phớt O

· Loại phổ biến nhất dùng cho các phớt tĩnh (không chuyển động)

·Niêm phong bằng cách nén hướng tâm hoặc dọc trục

·Hoạt động theo cả hai chiều

·Có thể được sử dụng như bộ phận cung cấp lực hoặc như gioăng chính

·Tự niêm phong—không cần áp suất hoặc tốc độ bổ sung

Công nghệ niêm phong là trái tim đảm bảo độ tin cậy, tuổi thọ dài và hiệu suất cao của hệ thống thủy lực. Từ việc lựa chọn đúng vật liệu đơn lẻ cho đến thiết kế một hệ thống đa chi tiết hoàn chỉnh, mọi lựa chọn đều phải phù hợp chính xác với áp suất, nhiệt độ và điều kiện làm việc cụ thể.