CC BY
16УДК 621-82
ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПЛОТНЕНИЙ СИЛОВЫХ
ГИДРОЦИЛИНДРОВ
Чудинов Александр Михайлович - старший преподаватель Уральский государственный аграрный университет (620075, г.Екатеринбург, ул. К.Либкнехта, д.42, тел.: +7(343)221-41-44, email: alexxx777alex@mail.ru).
Гальчак Ирина Петровна - старший преподаватель Уральский государственный аграрный университет (620075, г.Екатеринбург, ул. К.Либкнехта, д.42, тел.: +7(343)221-41-44, e-mail: ira.gidravlika@mail .ru)
Салихова Марина Николаевна - старший преподаватель Уральский государственный аграрный университет (620075, г.Екатеринбург, ул. К.Либкнехта, д.42, тел.: +7(343)221-41-44, email: salmar1981@mail.ru)
Рецензент: Л. А. Новопашин - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет (620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-33- 63, Е-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Ключевые слова: полимеры, материалы, изготовление, уплотнения, полиуретан, гидропривод, прочность, герметичность, износостойкость.
Аннотация
В работе рассмотрены полимерные материалы выпускаемые промышленностью, которые можно использовать для изготовления из них уплотнений, которые будут отвечать характеристикам, предъявляемым к параметрам износостойкости и герметичности таких соединений.
Расматривая полиуретан в сравнении с резиной имеет небольшой коэффициент трения, может конкурировать с цветными металлами и работать в условиях недостаточной смазки или вообще без смазки. Уплотнения из полиуретана обеспечивают наименьшие потери на трение и утечки через манжетные уплотнения.
На основании изучения научно-технической литературы и производственных испытаний установлено, что применение резиновых манжет в качестве уплотнений силовых гидроцилиндров в результате износа, потери герметичности и появления задиров значительно снижает надежность и долговечность гидропривода дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин.
POLYMER MATERIALS FOR THE MANUFACTURE OF SEALS FOR POWER
CYLINDERS
Alexander Chudinov senior lecturer Ural state agrarian University (42, K. Libknecht street, Yekaterinburg, 620075, tel.: +7 (343)221-41-44, e-mail: alexxx777alex@mail.ru).
Galchak Irina Petrovna seniora lecturer Ural state agrarian University (620075, Yekaterinburg, ul. K. libknechta, d. 42, tel.: +7 (343) 221-41-44, e-mail: ira.gidravlika@mail.ru)
Salikhova Marina Nikolaevna seniora lecturer Ural state agrarian University (42, K. libknechta str., Yekaterinburg, 620075, tel.: +7 (343)221-41-44, e-mail: salmar1981@mail.ru)
Reviewer: L. A. Novopashin candidate of technical Sciences, associate Professor, Ural state agrarian University (620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 37133-63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Keywords: polymers, materials, manufacturing, seals, polyurethane, hydraulic drive, strength, tightness, wear resistance.
Annotation
The paper considers polymer materials manufactured by the industry that can be used to make seals from them that will meet the characteristics of the wear resistance and tightness of such compounds.
Considering polyurethane in comparison with rubber has a small coefficient of friction, it can compete with non-ferrous metals and work in conditions of insufficient lubrication or no lubrication at all. Polyurethane seals provide the lowest friction loss and leakage through lip seals.
Based on the study of scientific and technical literature and production tests, it was found that the use of rubber cuffs as seals for power hydraulic cylinders as a result of wear, loss of tightness and the appearance of scoring significantly reduces the reliability and durability of the hydraulic drive of road-building and agricultural machines.
Полимерные материалы и их характеристики
Химической промышленностью страны выпускаются различные полимерные материалы, которые успешно применяются в машиностроении для изготовления различных деталей. Среди них наибольшее распространение получили масло-бензостойкая резина, капрон, полиамиды, полиуретан, фторопласт и другие. Полимерные материалы обладают более низкими механическими характеристиками по сравнению с металлами. Но с другой стороны детали, изготовленные из полимерных материалов, имеют достаточно низкие коэффициенты трения при работе со смазкой. Причём в условиях плохой смазки коэффициент трения несколько снижается, а при наличии у полиамидов соответствующих наполнителей, они могут работать и без смазки. Из анализа физико-механических свойств полимерных материалов наиболее подходящим материалом из изготовления уплотнений является полиуретан. Применение этого материала обеспечивает износостойкость и стойкость к агрессивной среде. Полиуретан обладает хорошими литьевыми качествами, позволяет вводить наполнители и получать рабочие поверхности с небольшой шероховатостью.
Полиуретан в сравнении с резиной имеет небольшой коэффициент трения, может конкурировать с цветными металлами и работать в условиях недостаточной смазки или вообще без смазки. Уплотнения из полиуретана обеспечивают наименьшие потери на трение и утечки через манжетные уплотнения.
Другим важным свойством полиуретана является способность к водопоглощению. Этот показатель в большей степени зависит от химической природы материала, так капрон имеет водопоглощение 10%, а полиуретан 1,2...2,1 %. От водопоглощения зависит стабильность геометрических размеров изделий. Линейные размеры деталей из полиуретанов изменяются в пределах 0,15...0,27% на каждый процент поглощаемой влаги. Введение наполнителей в полиуретан снижает водопоглощение и коэффициент трения, однако физико-механические свойства при этом могут измениться в худшую сторону, например, к повышению хрупкости.
При изготовлении деталей из полиуретана следует учитывать, что физико-механические свойства последних во многом зависят от температуры. Напряжение на, предел текучести, и прочность, при увеличении температуры снижается. При повышении температуры до 150 0С полиуретан начинает плавиться.
Большое влияние на надежность и долговечность гидроцилиндров оказывает износостойкость материала покрытия и уплотнения.
Температура рабочей жидкости существенно влияет на работоспособность уплотнений из резины и снижается с увеличением температуры, срок службы резиновых уплотнений уменьшается.
Обоснование внедрения уплотнений из альтернативных материалов
В настоящее время в силовых гидроцилиндрах строительных машин для уплотнения поршней и штоков в большинстве случаев используют резиновые манжеты.
Применение резиновых манжет в качестве уплотнений не обеспечивает достаточной надежности и долговечности гидропривода машин. Во-первых, при большой длине ходе поршня (у экскаватора до 1,4 м) резиновые манжеты быстро изнашиваются, это приводит к потере герметичности в сопряжении поршень-цилиндр и снижению производительности машин. Во-вторых, при отрицательной температуре окружающей среды, резина становится хрупкой, это также снижает работоспособность гидроцилиндров. В-третьих, при износе резиновых манжет возрастет вероятность контакта поршня с гильзой цилиндра и появления задиров, это приводит к резкому увеличению утечек через поршневые уплотнения и нарушению работоспособности гидроцилиндров.
Полиуретаны обладают такими уникальными свойствами, как прочность, эластичность и чрезвычайная износостойкость, соответственно, их применение в качестве уплотнительных элементов целесообразно и экономически выгодно для многих отраслей современной промышленности. Полиуретановые манжеты широко используется в качестве замены манжет из обычной резины, т. к. условная износостойкость полиуретана в 3 раза выше, чем у резины, а прочность на растяжение у полиуретана больше, чем у резины в 2,5 раза (12,7 МПа для резины и 35 МПа для полиуретана). Температурный интервал использования полиуретана от -50°С до +80°С (при введении специальных добавок, верхний предел рабочей температуры может быть
увеличен до +120°С), а давление при сжатии может достигать 105 МПа. Примечательно, что готовый термостатированный полиуретан может быть, как мягким, так и очень твердым материалом. Степень твердости полиуретана определяется по шкале Шора и может варьироваться в диапазоне от 40 до 98 единиц. В первом случае полиуретан будет обладать повышенной мягкостью и эластичностью, а во втором случае, мы получим материал твердый, как железо. Но при этом износостойкость полиуретана не меняется.
На основании изучения научно-технической литературы и производственных испытаний установлено, что применение резиновых манжет в качестве уплотнений силовых гидроцилиндров в результате износа, потери герметичности и появления задиров значительно снижает надежность и долговечность гидропривода дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин.
Библиографический список
1 Марутов, В.А. Гидроцилиндры/ В.А. Марутов, С.А. Павловский. -М.: Машиностроение. 1966. -171. с.
2 Гидравлика и гидропневмопривод. Учебник / Под ред. Стесина С.П.. - М.: Academia, 2018.
- 240 c.
3 Башта, Т.М. Гидроприводы и гидроавтоматика/Т.М. Башта.- М.:Машиностроение, 1978. -240 с.
4 Now generation polyurethanes for fluid power / Zorber Gerd int.-1988, №397. С 154-157.
5 Быченин, А.П. Триботехника и триботехнологии : учебное пособие / А.П. Быченин, О.С. Володько. — Самара : СамГАУ, 2018. — 247 с. — ISBN 978-5-88575-510-8. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система «Лань» : [сайт]. — URL: https://elanbook.com/book/109458 (дата обращения: 30.05.2020)
6 Галимов, Э.Р. Современные конструкционные материалы для машиностроения : учебное пособие / Э.Р. Галимов, А.Л. Абдуллин. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург : Лань, 2019.
— 268 с. — ISBN 978-5-8114-4578-3. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система «Лань» : [сайт]. — URL: https://e.lanbook.com/book/122184 (дата обращения: 30.05.2020).
Bibliographic list
1 Marutov, V.A. Hydraulic cylinders / V.A. Marutov, S.A. Pavlovsky. -M .: Engineering. 1966. -171. with.
2 Hydraulics and hydropneumatic actuator. Textbook / Ed. Stesina S.P. - M .: Academia, 2018 .-240 p.
3 Bashta, T.M. Hydraulic actuators and hydraulic automation / T.M. Bashta.- M.: Mechanical Engineering, 1978.- 240 p.
4 Now generation polyurethanes for fluid power / Zorber Gerd int.-1988, No. 397. S 154-157.
5 Bychenin, A.P. Tribotechnology and tribotechnology: a training manual / A.P. Bychenin, O.S. Volodko. - Samara: Samara State Agrarian University, 2018 .-- 247 p. - ISBN 978-5-88575-5108. - Text: electronic // "Doe" electronic library system: [site]. - URL: https://e.lanbook.com/book/109458 (accessed: 05/30/2020)
6 Galimov, E.R. Modern structural materials for mechanical engineering: a training manual / E.R. Galimov, A.L. Abdullin. - 2nd ed., Erased. - St. Petersburg: Doe, 2019 .-- 268 p. - ISBN 978-58114-4578-3. - Text: electronic // "Doe" electronic library system: [site]. - URL: https://e.lanbook.com/book/122184 (accessed: 05/30/2020).
