Dobór uszczelnienia hydraulicznego w siłowniku zależy nie tylko od jego kształtu, lecz także od miejsca pracy, rodzaju ruchu i warunków kontaktu z medium. Uszczelnienia tłokowe i tłoczyskowe odpowiadają za ograniczanie wycieków w strefach ruchomych, a materiały takie jak PU, NBR czy PTFE mogą sprawdzać się w zależności od temperatury, ciśnienia i rodzaju czynnika roboczego.
Rodzaje uszczelnień stosowanych w siłownikach hydraulicznych i ich funkcje
W siłowniku hydraulicznym poszczególne elementy uszczelniające pełnią różne role. Ich wspólnym zadaniem jest ograniczanie wycieków medium, ale niektóre odpowiadają również za stabilizację ruchu albo ochronę wnętrza siłownika przed zabrudzeniami. Podział warto więc oprzeć na miejscu pracy i podstawowej funkcji elementu.
Uszczelnienia tłokowe znajdują się na tłoku i ograniczają przepływ medium między komorami siłownika. Uszczelnienia tłoczyskowe pracują w obszarze wyjścia tłoczyska z korpusu i ograniczają wyciek na zewnątrz. Uszczelnienia statyczne zapewniają szczelność między elementami, które nie zmieniają względem siebie położenia.
O-ringi stosuje się między innymi w połączeniach między współpracującymi częściami. W zależności od miejsca zastosowania mogą uszczelniać połączenia statyczne lub dynamiczne. Uszczelnienia dławnicowe są umieszczone w dławnicy i ograniczają wyciek płynu hydraulicznego na zewnątrz.
Pierścienie prowadzące stabilizują ruch tłoka i tłoczyska, ograniczając ich boczne przemieszczanie oraz kontakt elementów metalowych. Pierścienie zgarniające usuwają z powierzchni tłoczyska kurz, zabrudzenia i wilgoć podczas jego ruchu, chroniąc układ przed zanieczyszczeniami.
Uszczelnienia tłokowe, tłoczyskowe i statyczne
Uszczelnienia tłokowe są umieszczane na powierzchni tłoka i ograniczają przepływ medium między komorami siłownika. Ponieważ tłok porusza się względem cylindra, pracują w strefie ruchomej.
Uszczelnienia tłoczyskowe znajdują się w obszarze przejścia tłoczyska przez dławnicę. Zabezpieczają przed wyciekiem oleju na zewnątrz siłownika podczas ruchu tłoczyska. Nie rozdzielają komór roboczych, lecz uszczelniają miejsce przejścia tłoczyska przez korpus siłownika.
Uszczelnienia tłokowe i tłoczyskowe należą do uszczelnień dynamicznych, ponieważ pracują przy ruchu posuwisto-zwrotnym. Nie są jednak zamienne: tłokowe ogranicza przepływ między komorami, a tłoczyskowe zapewnia szczelność przy przejściu tłoczyska przez dławnicę.
Uszczelnienia statyczne stosuje się w połączeniach, w których uszczelniane powierzchnie nie przemieszczają się względem siebie. Przy doborze trzeba więc ustalić, czy element będzie pracować w ruchu, czy w połączeniu bez ruchu względnego.
O-ringi, zgarniacze oraz pierścienie prowadzące
O-ringi, zgarniacze i pierścienie prowadzące pełnią różne funkcje uzupełniające działanie uszczelnień stosowanych w siłowniku hydraulicznym.
- O-ringi mają okrągły przekrój i służą do uszczelniania połączeń statycznych oraz ruchomych.
- Zgarniacze, nazywane także pierścieniami zgarniającymi, usuwają kurz, wilgoć i inne zabrudzenia z powierzchni tłoczyska podczas jego ruchu. Ograniczają w ten sposób przedostawanie się zanieczyszczeń do wnętrza siłownika i układu.
- Pierścienie prowadzące stabilizują ruch tłoka i tłoczyska. Ograniczają bezpośredni kontakt metalowych powierzchni, a także mogą chronić uszczelnienia przed nadmiernym zużyciem.
Przy kompletowaniu elementów, takich jak uszczelniacze do siłowników hydraulicznych, trzeba rozróżnić ich zadania: o-ring odpowiada przede wszystkim za uszczelnienie połączenia, zgarniacz za usuwanie zabrudzeń z powierzchni tłoczyska, a pierścień prowadzący za stabilizację ruchu.
Uszczelnienia statyczne i dynamiczne — różnice istotne przy doborze
Podstawowe rozróżnienie wynika z tego, czy uszczelniane powierzchnie przemieszczają się względem siebie. Uszczelnienia statyczne pracują w połączeniach, w których nie występuje ruch względny, natomiast uszczelnienia dynamiczne są przeznaczone do miejsc, w których występuje ruch posuwisto-zwrotny albo obrotowy.
W siłowniku ruch dynamiczny dotyczy między innymi stref pracy tłoka i tłoczyska. W takim zastosowaniu znaczenie mają również tarcie, prędkość ruchu oraz współpraca uszczelnienia z powierzchnią, po której się porusza.
| Rodzaj uszczelnienia | Ruch względny powierzchni | Główne kryterium oceny |
|---|---|---|
| Statyczne | Brak | Szczelność nieruchomego połączenia |
| Dynamiczne | Posuwisto-zwrotny lub obrotowy | Szczelność przy uwzględnieniu tarcia, prędkości i współpracy z powierzchnią |
Granica między tymi grupami nie zawsze przebiega według kształtu elementu. O-ringi mogą być stosowane zarówno w połączeniach statycznych, jak i ruchomych, dlatego o ich przeznaczeniu decyduje konkretne miejsce pracy oraz warunki zastosowania.
Materiały uszczelnień a temperatura, ciśnienie i rodzaj medium
Materiał uszczelnienia dobiera się do rzeczywistych warunków pracy siłownika, a nie wyłącznie do kształtu elementu. Przy ocenie rozwiązania trzeba uwzględnić czynnik roboczy, temperaturę i ciśnienie pracy, rodzaj oraz prędkość ruchu, a także odporność na oleje i ścieranie.
| Materiał | Właściwości istotne przy doborze | Warunek wymagający sprawdzenia |
|---|---|---|
| Poliuretan (PU) | Odporność na ścieranie, elastyczność i wytrzymałość mechaniczna | Temperatura, rodzaj medium oraz prędkość ruchu |
| Guma NBR | Odporność na oleje, elastyczność i wytrzymałość mechaniczna | Temperatura oraz kontakt z konkretnym czynnikiem roboczym |
| PTFE | Niskie tarcie oraz odporność chemiczna i temperaturowa | Warunki obciążenia, sposób pracy i wariant wykonania |
| Elastomery specjalne | Możliwość dopasowania do podwyższonej temperatury lub wymagającego medium | Dokładna zgodność danego elastomeru z zastosowaniem |
Nie istnieje uniwersalna hierarchia tych materiałów. Poliuretan może być korzystny tam, gdzie istotna jest odporność na ścieranie, natomiast PTFE bywa stosowany przy wymaganiu niskiego tarcia i odporności chemicznej. Guma NBR jest oceniana między innymi pod kątem kontaktu z olejami, a elastomery specjalne bierze się pod uwagę przy bardziej wymagających warunkach. Ostateczna przydatność zależy od konkretnego wariantu materiału oraz połączenia temperatury, ciśnienia, medium i ruchu.
Wymiary, geometria zabudowy i parametry pracy siłownika
Dobór uszczelnienia zaczyna się od sprawdzenia, czy jego wymiary i geometria odpowiadają konkretnej zabudowie siłownika. Sama średnica nie wystarcza: znaczenie mają również szerokość i głębokość rowka, wymiary elementu współpracującego oraz konstrukcja gniazda.
Przed zamówieniem należy zebrać informacje, które pozwalają opisać zastosowanie:
- funkcja uszczelnienia – trzeba ustalić, czy chodzi o element tłoka, tłoczyska, zgarniacz, pierścień prowadzący czy o-ring;
- wymiary zabudowy – należy sprawdzić średnice uszczelnianego elementu i gniazda, a także szerokość oraz głębokość rowka;
- geometria i sposób montażu – istotny jest kształt gniazda oraz to, czy konstrukcja przewiduje element dzielony, czy bezkońcowy;
- parametry pracy – należy określić ciśnienie, temperaturę i prędkość ruchu;
- charakter ruchu – ruch posuwisto-zwrotny i obrotowy wpływają na dobór odpowiedniego typu uszczelnienia;
- czynnik roboczy – trzeba wskazać rodzaj cieczy i sprawdzić jej zgodność z uszczelnieniem.
Nie należy przenosić wymiarów ani parametrów pracy z innego siłownika, nawet jeśli elementy wyglądają podobnie. Potrzebne dane można odczytać z dokumentacji konstrukcyjnej albo ustalić na podstawie pomiaru zużytego komponentu i jego zabudowy. Dotyczy to również uszczelniaczy do siłowników hydraulicznych: poza średnicą trzeba potwierdzić profil, miejsce pracy oraz warunki ruchu.
Zużycie uszczelnień, przyczyny nieszczelności i dobór zestawu naprawczego
Zużycie uszczelnień może wynikać z naturalnej eksploatacji lub nieprawidłowych warunków pracy. Sama obecność wycieku nie przesądza jeszcze o przyczynie ani o tym, który element uległ uszkodzeniu — potrzebne są oględziny siłownika i dane dotyczące jego pracy.
- naturalne zużycie materiału – elementy pracujące w ruchu mogą z czasem tracić właściwości uszczelniające;
- nieprawidłowa eksploatacja – warunki pracy niezgodne z przeznaczeniem komponentu mogą sprzyjać jego uszkodzeniu;
- zanieczyszczenia – obce cząstki mogą przyczyniać się do uszkodzeń uszczelnień i nieszczelności układu;
- niedopasowanie elementu – niewłaściwy profil, geometria lub rozmiar mogą zakłócać współpracę uszczelnienia z zabudową;
- nieodpowiednie warunki pracy – znaczenie mają parametry ruchu, temperatura, ciśnienie oraz rodzaj medium roboczego.
Przy naprawie nie zawsze wystarczy wymienić pojedyncze uszczelnienie. Zestaw może obejmować uszczelnienia tłoka i tłoczyska, pierścienie prowadzące i zgarniające oraz o-ringi, jeśli przewiduje je dana konstrukcja. Dobór kompletu powinien uwzględniać konkretny siłownik, jego zabudowę i warunki pracy.
