CC BY
85
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 622.242
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
А.В. Дяшкин, кандидат технических наук, ст. преподаватель С.Д. Фомин, кандидат технических наук, доцент В.В. Калиниченко, магистрант С.В. Прошин, студент
Волгоградский государственный аграрный университет
С ростом давления рабочей среды в гидроагрегатах требуется совершенствование имеющихся или создание новых уплотнительных устройств. Представлены соответствующие разработки для подвижных и неподвижных соединений. Своеобразный пакет включает Ж - образную манжету двустороннего действия, бронзовые опорные кольца и помещённые в криволинейные углубления манжеты верхний и нижний упругие разрезные кольцевые упоры с антифрикционными свойствами. Уплотнительное устройство предназначено для поочерёдного восприятия двусторонних нагрузок - при возвратно-поступательном движении деталей для давления рабочей среды до 40 МПа. Возникающее при этом контактное давление ar составляет величину, в среднем в 1,2...1,3 раза большую давления, при этом максимум ar фиксируется на кромках лепестков. Кроме того, предложено оригинальное уплотнение неподвижных соединений. Выступы упругого элемента выполнены в виде полуокружностей, центры которых расположены на вспомогательной окружности, диаметр которой составляет (0,7...0,85) от диаметра кольцевой канавки. Кольцевая канавка имеет сегментовидное углубление радиуса R. При воздействии на уплотнительный упругий элемент давления рабочей среды, которая просачивается по зазорам между уплотняемыми деталями, происходит деформация и определённый разворот этого элемента. Благодаря этому перекрывается «канал» пропуска рабочей среды.
Ключевые слова: гидроагрегат, уплотнительное устройство, герметичность, Ж - образная манжета.
В современных гидроагрегатах сельскохозяйственного, строительного, дорожного и прочего назначения, уплотнительные устройства играют особую роль в герметизации системы. С повышением давления рабочей среды в системе возрастает нагрузка на уплотнения, что в значительной степени снижает надежность и долговечность машин в целом. Актуальной становится проблема по повышению эксплуатационных показателей в гидроагрегатах за счет усовершенствования устаревших конструкций, применения модификаций уплотнений, позволяющих изменять триботехнические свойства на поверхности уплотнителя [4] либо использовать новые материалы.
В последние годы широко распространены для подвижных и неподвижных соединений кольца и манжеты, изготовленные на основе полимерных материалов. К таких материалам можно отнести полиуретан, который обладает следующими свойствами: эластичность, низкая истираемость, высокая прочность, возможность работы при высоком давлении и т.д. Упростилась технология изготовления резинотехнических изделий. На смену пресс-форм зарубежные производители используют метод точения на станках с программным управлением.
Практически в любом силовом гидроцилиндре возвратно-поступательного действия имеются уплотнительные устройства подвижных и неподвижных соединений.
Мы попытались усовершенствовать конструкцию этого агрегата, предложив новое уплотнительное устройство с применением Ж - образной манжеты (рис. 1) для подвижного соединения [3], а также уплотнительное кольцо неподвижного соединения
(рис. 2).
а б
Рисунок 1 - Уплотнительное устройство двустороннего действия с Ж - образной манжетой
Своеобразный пакет (рис. 1, а) включает Ж - образную манжету 1 двустороннего действия, бронзовые опорные кольца 2 и помещённые в криволинейные углубления манжеты верхний 3 и нижний 4 упругие разрезные кольцевые упоры с антифрикционными свойствами.
Ж - образная манжета в сечении (рис. 1, б) - это, образно говоря, две М - образные «глухие» манжеты [1], скреплённые между собой тыльными сторонами. Сечение манжеты симметрично относительно оси I - I, проходящей через оппозитно расположенные центральные выступы 5 и 6. С точки зрения передачи основной (осевой) нагрузки оба выступа - это единое целое, силовой каркас манжеты.
В манжете имеются две пары пружинистых уплотнительных лепестков 7 и 8, соединённых с центральными выступами (массивом) посредством своих «слабых» перемычек 9 и 10. В каждом лепестке имеются уплотняющие 11, 12 и опорные 13, 14 поверхности.
Уплотнительное устройство с Ж - образной манжетой по своему принципу действия предназначено для поочерёдного восприятия двусторонних нагрузок - при возвратно-поступательном движении деталей. Ж - образная манжета должна изготавливаться преимущественно в прессформах из резиноткани, но не исключается возможность изготовления из полимеров методом точения. Предполагается, что рабочей средой для такого уплотнения должна быть «классическая» гидрожидкость - гидравлическое масло.
Уплотнение предназначается для давления р рабочей среды до 40 МПа. Основное преимущество такого уплотнения: одной манжетой может обеспечиваться двусторонняя герметизация соединения в приводах возвратно-поступательного действия.
При давлении среды, направленном, например, справа налево, возникает усилие, действующее на правое опорное кольцо 2 (рис. 1, а). Подавляющая часть усилия воспринимается силовым каркасом манжеты - двумя центральными выступами 5 и 6 (рис. 1, б) и передаётся на левое опорное кольцо 2, посредством которого усилие рассеивается и «поступает» на шток. Одновременно с этим часть усилия в виде дозированного давления р рабочей среды воспринимается правыми пружинистыми уплотнитель-
ными лепестками 7 манжеты, которые разворачиваются (пропорционально р) относительно «слабых» перемычек 9.
В зависимости от уровня давления уплотняющие плоскости 11 лепестков частично либо полностью вступают в контакт с цилиндром и поршнем, обеспечивая герметизацию системы. Возникающее при этом контактное давление аг на плоскостях 11 «автоматически» настраивается на величину, в среднем в 1,2...1,3 раза большую давления р:
аг = (1,2 ... 1,3)р.
При этом максимум аг фиксируется на кромках лепестков.
Одновременно с этим опорные плоскости 13 правых лепестков вступают в контакт со скосами верхнего 3 и нижнего 4 упругих кольцевых упоров. Благодаря этому предотвращается несанкционированная деформация пружинистых уплотнительных лепестков - сохраняется работоспособность и износостойкость манжет. Левые лепестки 8 манжеты при этом воспринимают ограниченную нагрузку - находятся в готовности воздействия усилия при движении поршня с пакетом уплотнения в противоположную сторону.
В большинстве случаях неподвижные соединения герметизируются посредством резиновых колец круглого сечения, устанавливаемых в кольцевые канавки без защитных колец. В подобных уплотнениях рабочая среда, просачиваясь по зазорам между контактируемыми деталями, оказывает одностороннее воздействие на резиновые кольца, провоцируя выдавливание их части в уплотняемый зазор. Проблемой становится потеря подвижности уплотнительного кольца, которое, длительное время находясь в деформированном состоянии, буквально прилипает к плоскостям канавки. Это сказывается и на долговечности таких уплотнений, и на надёжности герметизации системы.
Для решения этой проблемы предложено оригинальное уплотнение неподвижных соединений [2]. Схема формирования уплотнительного упругого элемента для неподвижных соединений - с выступами 1 на наружной поверхности (в сечении) - представлена на рис. 2, а.
Выступы упругого элемента выполнены в виде полуокружностей 2, центры которых расположены на вспомогательной окружности 3. Другая окружность 4 относится к размерам кольцевой канавки, куда помещают упругий элемент: = (0,70...0,85) ё4. Полуокружности - выступы 2 уплотнения сопряжены между собой дугами 5 дополнительных окружностей 6 таким образом, что дополнительные окружности соприкасаются со вспомогательной окружностью 3.
Кольцевая канавка, куда помещают упругий элемент (рис. 2, б), имеет свои особенности - сегментновидное углубление радиуса Я. Общая глубина Н канавки (вместе с «сегментом») превышает высоту к сечения уплотнительного элемента: Н > к.
Уплотнительный элемент рекомендуется изготавливать не из традиционной резины, а из материала на основе кремнийорганических полимеров - из «силиконовой» резины. В отличие от обычной резины, «силиконовая» резина, как известно, обладает свойствами сжимаемости с последующим восстановлением - после снятия нагрузки -своих размеров. «Силиконовая» резина имеет также более низкий коэффициент трения по металлу.
При воздействии на уплотнительный упругий элемент давления р рабочей среды, которая просачивается по зазорам между уплотняемыми деталями, происходит деформация и определённый разворот этого элемента (рис. 2, в). При этом правый выступ 1 (к примеру - со стороны действия давления) не только разворачивается, но и
сжимается. Благодаря этому, перекрывается «канал» пропуска рабочей среды. Одновременно с этим второй выступ 1 (левый) уходит от уплотняемого зазора - его основная деформация происходит при взаимодействии с вертикальной стенкой канавки.
Рисунок 2 - Уплотнение неподвижного соединения
Следует также отметить, что разворот упругого элемента происходит из-за наличия сегментновидного углубления кольцевой канавки и вследствие конфигурации элемента и сжимаемости резины.
В итоге достигается надёжная герметизация неподвижного соединения, исключается возможность выдавливания части упругого элемента в уплотняемый зазор, предотвращается прилипание резины к канавке.
Такой принципиально новый способ герметизации способствует повышению надёжности и долговечности всего уплотнительного узла.
Библиографический список
1. Пындак, В.И. Пакетные манжетные уплотнения высокого давления и их напряжённо-деформированное состояние [Текст]/ В.И. Пындак, А.В. Дяшкин // Вестник машиностроения. - 2012. - №10 - С. 33-36.
2. Пындак, В.И. Высокоэффективное уплотнение для неподвижных соединений гидросистем [Текст]/ В.И. Пындак, А.В. Дяшкин, В.З. Азиев // Извести Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2006. - №2 (2). - С. 71-73.
3. Уплотнительное устройство для цилиндрических пар гидропневмомашин [Текст] : патент № 2194898 РФ, МПК7 F 16 j 15/32./ В.И. Пындак, Ю.Г. Лапынин, О.В. Душко, А.В. Дяшкин. - Опубл. 2002. Бюл. №35 - 7 с.
***** *****
HHXHEBOAXCKOrO ArPOYHHBEPCHTETCKOrO KOMnAEKCA
4. Pyndak V.I., Dyashkin A.V., Fomin S.D. Improving the life and reliability of sealing cuffs. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. - New York: Allerton Press, Inc., 2012. - 41: - P. 478-480.
E-mail: AndrejDyashkin@mail.ru
