CC BY
20УДК 621-82
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ ПОДВИЖНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (УПС) ГИДРОПРИВОДА МАШИН
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: гидроцилиндр, давление, изготовление, уплотнения, полиуретан, гидропривод, прочность, герметичность, износостойкость.
Аннотация
В работе рассмотрены требования предъявляемые к силовым гидроцилиндрам, рассмотрена технология изготовления гидроцилиндров. Предложены материалы для изготовления уплотнений гидроцилиндров в замен резиновых уплотнений. Рассмотрены достоинства и недостатки уплотнений изготовленных из полиуретанов.
К недостаткам полиуретанов относятся плохую эластичность и потерю прочности при высоких температурах, поэтому их применение не рекомендуется для работы свыше 95... 107 0С, а для нормальной работы уплотнения из полиуретана необходимо внешнее давление или воздействие упругого элемента. Кроме того, при температуре выше 70 0С происходит гидролиз полиуретанов. Применяемые в качестве материала для уплотнений уретановые термоэластопласты характеризуются высокой эластичностью, износостойкостью, масло - и бензостойкостью, из них изготавливают самосмазывающиеся уплотнени.
MOVABLE SEALING JOINTS (UPS) OF THE HYDRAULIC DRIVE OF THE MACHINE MADE OF POLYURETHANE
A.M. Chudinov - senior lecturer Ural state agrarian University (620075, Yekaterinburg, K. Liebknecht str., 42, tel.: +7 (343)221-41-44, e-mail address: alexxx777alex@mail.ru).
I.P. Galchak - senior lecturer Ural state agrarian University (620075, Yekaterinburg, K. Liebknecht str., 42, tel.: +7 (343)221-41-44, e-mail address: ira.gidravlika@mail.ru)
M.N. Salikhova - senior lecturer Ural state agrarian University (620075, Yekaterinburg, K. Liebknecht str., 42, tel.: +7 (343)221-41-44, e-mail address: salmar1981@mail.ru)
Reviewer L. A. Novopashin - candidate of technical Sciences, associate Professor, Ural state agrarian University (620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 (343) 37133-63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Keywords: hydraulic cylinder, pressure, manufacture, seals, polyurethane, hydraulic drive, strength, tightness, wear resistance.
Annotation
The paper considers the requirements for power cylinders, considered the technology of manufacture of hydraulic cylinders. Materials for the manufacture of hydraulic cylinder seals in the form of rubber seals are proposed. Advantages and disadvantages of seals made of polyurethanes are considered.
The disadvantages of polyurethanes include poor elasticity and loss of strength at high temperatures, so their use is not recommended for operation above 95 ... 107 0C, and for normal operation of the polyurethane seal, external pressure or the action of an elastic element is necessary. In addition, at temperatures above 70 0C, hydrolysis of polyurethanes occurs. Urethane thermoplastic elastomers used as materials for seals are characterized by high elasticity, wear resistance, oil and gas resistance, and self-lubricating seals are made from them.
Требования, предъявляемые к гидроцилиндрам строительных машин Основные требования, предъявляемые к гидроцилиндрам строительных машин можно сформулировать следующим образом:
• Гидроцилиндры должны быть рассчитаны на возможность реализации максимальных усилий на рабочем органе.
• Расчетное давление должно соответствовать настройке предохранительных клапанов (порядка 32 МПа),
• ход штока гидроцилиндра должен обеспечивать необходимый диапазон перемещения рабочего оборудования.
Для обеспечения работоспособности и регламентируемой долговечности к гидроцилиндрам предъявляют общие технические требования в соответствии с ГОСТ 16514-79.
Основные из них:
• поршни и плунжеры гидроцилиндров должны плавно перемещаться по всей длине хода под статическим усилием;
• не допускаются боковые нагрузки на штоках гидроцилиндров, эти нагрузки могут привести к быстрому износу уплотнений, поршней и рабочей поверхности гильзы цилиндра;
• наружные утечки рабочей, жидкости через неподвижные уплотнения не допускаются, на подвижных поверхностях допускается наличие масляной пленки без каплеобразования;
• внутренние перетечки жидкости из одной полости цилиндра в другую должны быть минимальными и не должны превышать нормы, установленные в ТУ на цилиндр;
• рабочие поверхности деталей цилиндров должны быть износостойкими, коррозийно-стойкими или иметь защитные покрытия;
• для предотвращения попадания грязи и пыли в полость цилиндров должны применяться грязесъемники.
В связи с этим материал для изготовления гидроцилиндров должен обладать высокой прочностью, обеспечивающей работоспособность при заданном уровне рабочих давлений: при давлениях 10-20 МПа применяют материалы с прочностью 300...900 н/мм, а при давлении более 20,0 МПа - с прочностью более 900 н/мм.
Гильзы цилиндров изготавливают обычно из стальных бесшовных горячекатаных труб по ГОСТ 8732-78, сталей 35 и 45 или легированных сталей ЗСХГСА и 12Х189Т. Внутренние поверхности корпусов обрабатывают по посадке Н8.
После механической обработки поверхность штока подвергается закалке ТВЧ до твердости 25-38 HRC (по нормали ОН-22-175-69). Поверхность штока хромируется и полируется. После механической обработки штоки должны удовлетворять следующим техническим требованиям [1]:
• рабочая поверхность штока должна быть выполнена по третьему 35 классу точности (посадка Hg);
• конусность и овальность в пределах поля допуска;
• не прямолинейность оси штока на длине 500 мм, не более 0,08 мм;
• шероховатость поверхности не ниже Ra =0,63.
Шероховатость поверхности Ra=0,10 мкм получается хонингованием или раскаткой шариками или роликами. Штоки цилиндров изготовляют из стальных поковок 4СХ или ЗОХГСА. Перед шлифовкой производят поверхностную закалку до ИКС 38-40. Наружную поверхность штока обрабатывают по посадке Н8. Шероховатость поверхности штока Ra=0,05 мкм.
Поршни цилиндров изготовляют из сталей 35 и 45. Наружную поверхность поршня обрабатывают по посадке Hg. Шероховатость поверхности поршня Ra=0,80 ... 0,40 мкм [2,3].
Требования к точности изготовления деталей гидроцилиндров и шероховатости определяются также в основном условиями работы трущихся поверхностей материалов уплотнительных устройств.
2 Полиуретаны
В качестве материала для уплотнителей применяют различные полимерные материалы, как жесткие, так и эластичные [4].
Согласно рекомендациям ISO 0/R 472 мерой эластичности предлагается считать модуль упругости Е. При Е > 700 МПа полимеры относят к классу жестких, при 70 < Е < 700 МПа - к классу полужестких, при Е < 70 МПа к классу эластичных.
В настоящее время полиуретановые эластомеры получили применение в качестве материалов для уплотнителей, так как имеют высокие прочность на растяжение и стойкость против абразивного изнашивания, хорошую сопротивляемость выдавливанию, химическую стойкость по отношению к продуктам нефти.
Благодаря перечисленным свойствам, полиуретаны пригодны для применения в узлах уплотнений сопряжений возвратно-поступательного и вращательного движения, работающих в тяжелых условиях.
Как показал опыт работы ВНИИГТТМаша [5], высокая степень герметизации в широком диапазоне давлений (от 0 до 600 МПа), длительный срок эксплуатации без ухудшения характеристик, минимальные усилия на трение, стабильность потерь на трение, простой монтаж и демонтаж - в значительной степени достигаются при выполнении манжет из полиуретана.
Полиуретановые манжеты выпускаются с внутренним диаметром от 10 до 2000 мм для плунжеров и цилиндров.
К основным группам полиуретанов относятся: литьевые, вальцуемые и термопластичные.
Наиболее распространены литьевые полиуретаны, т.к. они по сравнению с вальцуемыми и термопластичными обладают улучшенными прочностными показателями и являются более технологичными.
За рубежом выпускаются литьевые полиуретаны, используемые для изготовления уплотнений: вулколлан (фирмы "Вайер", ФРГ), адипрен (фирма "Дюпон", США) формрез (фирма "Уитко Кемикл Компани", Англия). Так, например, фирмой Parker-Prodifa (ФРГ) получен полиуретан и-28 [4], при сравнительных испытаниях на выдавливание в зазор и износостойкость показавший лучшие характеристики, относительно применявшихся ранее полиуретанов. Кроме того, он превосходит их по эластичности и прочности и способен работать в диапазоне температур от -40 до +110°С.
Отечественной промышленностью выпускаются следующие марки полиуретановых эластомеров: СКУ-В, СКУ-6Л, СКУ-7Л, СКУ-ПФЛ, СКУ-ЮМ, СКУ-НЛ, которые также используются для производства уплотнений.
Из вулколлана изготавливают манжетные уплотнения диаметром от 2 мм до 2 м. Срок службы деталей из вулколлана-18 в 3-4 раза выше, чем резиновых [6].
В качестве материала для уплотнений рекомендуется также полиуретан марки СКУ-6, а также вальцуемые полиуретаны марок ТБ-18, 51-1595 и полиуретаны на основе ИСК-УР-4 [7].
Применяемые в качестве материала для уплотнений уретановые термоэластопласты характеризуются высокой эластичностью, износостойкостью, масло - и бензостойкостью, из них изготавливают самосмазывающиеся уплотнени.
К недостаткам полиуретанов относятся плохую эластичность и потерю прочности при высоких температурах, поэтому их применение не рекомендуется для работы свыше 95... 107 0С, а
для нормальной работы уплотнения из полиуретана необходимо внешнее давление или воздействие упругого элемента. Кроме того, при температуре выше 70 0С происходит гидролиз полиуретанов. Несмотря на некоторые недостатки у полиуретанов их использование в качестве уплотнений гидроцилиндров позволит увеличить срок службы работы силовых гидроцилиндров.
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: 30.09.2019)
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: 10.09.2019).
7 Чудинов А.М., Гальчак И.П. Конструкции силовых гидроцилиндров сельскохозяйственных машин. Инновационная наука. Общество с ограниченной ответственностью "Аэтерна" (Уфа) - 2016. - 223 с.
Bibliographic list
1. Marutov, V.A. Hydraulic cylinders / V.A. Marutov, S.A. Pavlovsky. -M .: Engineering. 1966. -171. from.
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 978-5-88575-510-8.
- Text: electronic // "Doe" electronic library system: [site]. - URL: https://e.lanbook.com/book/109458 (accessed September 30, 2019)
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://elanbook.com/book/122184 (accessed September 10, 2019).
7. Chudinov A.M., Galchak I.P. Structures of power hydraulic cylinders of agricultural machines. Innovative science. Aeterna Limited Liability Company (Ufa) - 2016. - 223 p.
