Khi một xi-lanh thủy lực bắt đầu rò rỉ, trôi, hoặc trải qua thời gian sống niêm phong ngắn hơn ở nhiệt độ cao, phản ứng đầu tiên thường là thay thế các niêm phong tiêu chuẩn bằng các niêm phong FKM hoặc PTFE.
Tuy nhiên, việc chọn niêm phong cho một xi-lanh thủy lực nhiệt độ cao không chỉ đơn thuần là chọn vật liệu có xếp hạng nhiệt độ cao nhất.
Các niêm phong xi-lanh phải chịu được nhiệt độ, áp suất, tốc độ chuyển động, dầu thủy lực, khoảng không extrude, tình trạng thanh piston, ô nhiễm và tải bên đồng thời. Nếu bất kỳ yếu tố nào trong số này bị bỏ qua, thậm chí một niêm phong nhiệt độ cao cũng có thể mềm, bị extrude, mài mòn nhanh chóng hoặc bắt đầu rò rỉ trở lại.
Xác nhận Nhiệt Độ Hoạt Động Thực Tế
Trước khi chọn vật liệu niêm phong, hãy phân biệt giữa nhiều nhiệt độ khác nhau:
- Nhiệt độ môi trường mùa hè
- Nhiệt độ dầu thủy lực bình thường
- Nhiệt độ dầu ổn định trong quá trình hoạt động liên tục
- Nhiệt độ đỉnh ngắn hạn trong quá trình sốc áp suất hoặc chu kỳ nhanh
- Nhiệt độ tiếp xúc cục bộ xung quanh môi mép niêm phong
Ví dụ, nhiệt độ môi trường xung quanh một máy có thể chỉ là 40°C, trong khi dầu thủy lực trở nên nóng hơn đáng kể sau vài giờ hoạt động.
Các niêm phong thanh và piston cũng tạo ra nhiệt do ma sát trong quá trình di chuyển nhanh. Nhiệt độ ngay tại môi mép niêm phong có thể do đó cao hơn nhiệt độ dầu được đo trong bể chứa.
Nhiệt độ tối đa được hiển thị trong một catalogue niêm phong thường dựa trên các điều kiện thử nghiệm cụ thể. Nó không có nghĩa rằng niêm phong có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ, áp suất và tốc độ tối đa cùng một lúc.
Một khoảng cách an toàn phù hợp luôn cần được giữ lại cho việc vận hành liên tục ở nhiệt độ cao.
Chọn Vật Liệu Niêm Phong cho Toàn Bộ Ứng Dụng
Các vật liệu niêm phong khác nhau cung cấp các tổ hợp khác nhau về khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu mài mòn, độ đàn hồi, ma sát và khả năng tương thích với chất lỏng.
Polyurethane
Các con dấu polyurethane cung cấp khả năng chịu mài mòn, độ bền cơ học và khả năng chịu ép tốt. Chúng được sử dụng rộng rãi cho các con dấu thanh, con dấu pit tông và gạt nước trong các xi lanh thủy lực di động và công nghiệp.
Tuy nhiên, không phải mọi loại polyurethane đều phù hợp cho việc vận hành liên tục ở nhiệt độ cao. Một số vật liệu polyurethane thủy lực tiên tiến có thể hoạt động ở nhiệt độ khoảng 110°C, tùy thuộc vào hợp chất và thiết kế con dấu.
Khi được sử dụng liên tục gần với giới hạn nhiệt độ của nó, polyurethane có thể mềm đi, mất độ đàn hồi hoặc bị đùn vào các khe hở của thành phần.
Cao su Nitrile
NBR thường được sử dụng cho các vòng O, con dấu tĩnh và các phần tử kích thích. Nó thường cung cấp sự tương thích tốt với chất lỏng thủy lực dựa trên dầu khoáng và tương đối kinh tế.
Nhiều hợp chất NBR tiêu chuẩn được sử dụng ở nhiệt độ lên đến khoảng 100°C, mặc dù giới hạn thực tế phụ thuộc vào công thức và điều kiện vận hành.
Việc tiếp xúc lâu dài ở trên nhiệt độ phù hợp có thể gây ra hiện tượng cứng lại, nứt, co lại hoặc lún.
NBR thường thích hợp hơn cho các ứng dụng thủy lực tiêu chuẩn so với thiết bị vận hành ở nhiệt độ cao liên tục.
Cao su Nitrile Hydro hóa
HNBR cung cấp khả năng chống chịu nhiệt, chống già hóa và hiệu suất cơ học cải tiến so với NBR tiêu chuẩn.
Tùy thuộc vào hợp chất và cấu trúc con dấu, một số thành phần HNBR có thể phù hợp với nhiệt độ khoảng 150°C.
Do đó, HNBR có thể cung cấp một lựa chọn trung gian giữa NBR và FKM. Tuy nhiên, phải vẫn xác nhận tính tương thích với chất lỏng thủy lực và phụ gia cụ thể.
Cao su Fluorocarbon
FKM thường được sử dụng cho các vòng O, con dấu tĩnh và các phần tử kích thích trong các bộ phận con dấu PTFE ở nhiệt độ cao.
Một số hợp chất FKM có thể hoạt động ở nhiệt độ gần 200°C và cung cấp khả năng chống chịu tốt với nhiệt và quá trình lão hóa.
Tuy nhiên, FKM không tự động là sự lựa chọn tốt nhất cho mọi xi lanh nhiệt độ cao. Độ mềm dẻo ở nhiệt độ thấp, khả năng chịu mài mòn động, tính tương thích với chất lỏng thủy lực và công thức hợp chất cũng cần được xem xét.
Việc thay thế một con dấu NBR bằng FKM sẽ không khắc phục được các khe hở quá mức, hư hại thanh, sự ô nhiễm hoặc sự không thẳng hàng của xi lanh.
PTFE
PTFE cung cấp độ ma sát thấp, khả năng chịu nhiệt độ rộng và tương thích tốt với nhiều chất lỏng thủy lực. Nó thường được sử dụng trong các phớt piston và thanh cho các ứng dụng nhiệt độ cao, tốc độ cao hoặc độ ma sát thấp.
Tuy nhiên, PTFE không có độ đàn hồi tương tự như các vật liệu cao su. Nó thường yêu cầu một bộ phận năng lượng elastomeric như NBR, HNBR, FKM hoặc khác để duy trì áp suất tiếp xúc.
Khả năng chịu nhiệt độ của toàn bộ cụm phớt do đó phụ thuộc vào từng vật liệu trong sự kết hợp, không chỉ riêng vòng trượt PTFE.
Xem Xét các Niêm phong Xi-lanh như một Hệ Thống Hoàn Chỉnh
Một xy lanh thủy lực thường chứa nhiều thành phần niêm phong và hướng dẫn:
- Phớt thanh
- Phớt piston
- Phớt tĩnh
- Cao su quét
- Đeo vòng
- Vòng dự phòng khi cần thiết
Mỗi thành phần thực hiện một chức năng khác nhau.
Phớt thanh kiểm soát sự rò rỉ bên ngoài. Phớt piston tách biệt các khoang xy lanh. Phớt tĩnh ngăn ngừa sự rò rỉ giữa các thành phần đã lắp ráp. Cao su quét hạn chế sự xâm nhập của bụi và độ ẩm. Vòng mòn hỗ trợ tải bên và ngăn chặn tiếp xúc trực tiếp giữa các kim loại.
Nếu chỉ nâng cấp phớt thanh trong khi phớt piston, vòng O, cao su quét, hoặc các thiết bị năng lượng vẫn không phù hợp với nhiệt độ, xy lanh có thể vẫn phát triển rò rỉ nội bộ, rò rỉ bên ngoài hoặc hỏng phớt sớm.
Tất cả các vật liệu niêm phong và hướng dẫn do đó nên được xem xét như một hệ thống.
Xem Xét Rủi Ro Áp Suất và Kéo Ráo
Nhiều hợp chất cao su và polyurethane trở nên mềm hơn khi nhiệt độ tăng lên.
Dưới áp suất làm việc cao hoặc các đỉnh áp suất, vật liệu niêm phong đã làm mềm có thể bị ép vào khe hở giữa piston, lỗ xy lanh, thanh, bushing hướng dẫn hoặc rãnh phớt.
Điều này có thể gây ra:
- Sự kéo dài phớt
- Cắt cạnh
- Rách
- Biến dạng vĩnh viễn
- Rò rỉ đột ngột
Đối với tiểu hình trụ áp suất cao và nhiệt độ cao, kiểm tra:
- Áp suất làm việc bình thường
- Áp suất tối đa và đỉnh
- Áp suất hồi tiếp
- Kích thước rãnh con dấu
- Khoảng cách giữa pít-tông và lỗ
- Khoảng cách giữa thanh và hướng dẫn
- Yêu cầu cho vòng dự phòng
- Khả năng chống rò rỉ của con dấu
Vật liệu con dấu, thiết kế rãnh, dung sai của thành phần và cấu trúc hỗ trợ phải được xem xét cùng nhau.
Việc lắp đặt vật liệu có nhiệt độ cao hơn mà không kiểm soát khoảng cách rò rỉ có thể vẫn dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng.
Xem Xét Tốc Độ Xi-lanh và Tần Suất Chu Kỳ
Tốc độ và tần suất chu kỳ của xi lanh ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ của con dấu.
Chuyển động tịnh tiến nhanh tạo ra ma sát xung quanh con dấu thanh, con dấu pít-tông, và vòng đệm. Việc chu kỳ thường xuyên cũng làm giảm thời gian cho xi lanh giải phóng nhiệt.
Một con dấu có thể chịu được nhiệt độ tĩnh cao nhưng hoạt động kém dưới điều kiện tĩnh năng động cao.
Khi nhiệt độ cao, áp suất cao, và tốc độ cao xảy ra cùng nhau, giới hạn hoạt động thực tế của con dấu thường trở nên thấp hơn.
Xi lanh với chu kỳ nhanh có thể yêu cầu:
- Thiết kế con dấu ít ma sát
- Độ nhám bề mặt thanh phù hợp
- Phim bôi trơn ổn định
- Hướng dẫn rõ ràng về việc kiểm tra clearance
- Tản nhiệt đủ
- Kích thước cổng và ống phù hợp
Tăng độ cứng của con dấu một mình có thể tăng ma sát và tạo ra nhiệt bổ sung.
Xác Nhận Khả Năng Tương Thích với Dầu Thủy Lực
Nhiệt độ cao tăng tốc độ phản ứng hóa học giữa dầu thủy lực và vật liệu niêm phong.
Hệ thống có thể sử dụng:
- Dầu thủy lực khoáng
- Dầu thủy lực tổng hợp
- Dung dịch nước-glycol
- Dung dịch chống cháy ester-phosphate
- Dầu thủy lực phân hủy sinh học
- Các loại chất lỏng đặc biệt khác
Một vật liệu niêm phong phù hợp cho dầu khoáng có thể không phù hợp cho dung dịch nước-glycol hoặc ester phosphate.
Khi vật liệu và chất lỏng không tương thích, con dấu có thể sưng lên, co lại, mềm đi, cứng lại, mất sức mạnh hoặc phát sinh vết nứt trên bề mặt.
Sự xuống cấp của dầu, ô nhiễm và sự thiếu hụt chất phụ gia cũng có thể làm thay đổi hiệu suất của con dấu theo thời gian.
Thương hiệu dầu thủy lực chính xác, ký hiệu sản phẩm, cấp độ độ nhớt và loại chất lỏng do đó nên được cung cấp trong quá trình lựa chọn con dấu. Mô tả chất lỏng chỉ là “dầu thủy lực tiêu chuẩn” có thể không cung cấp đủ thông tin.
Kiểm Tra Thanh, Lỗ, Hướng Dẫn và Gắn Kết
Ngay cả vật liệu con dấu đúng cũng có thể thất bại nhanh chóng nếu các thành phần xilanh xung quanh bị hư hại.
Cần kiểm tra cây piston cho:
- Vết xước
- Mòn Do Ăn Mòn
- Vết pitting
- Hư hỏng mạ chrome
- Độ nhám bề mặt không chính xác
- Bẻ cong
Lỗ xi lanh cũng cần được kiểm tra về độ xước, ăn mòn, mài mòn kích thước và khuyết tật bề mặt.
Sự không thẳng hàng, tải trọng bên, chốt mòn, vỏ bị hư hại và vòng dẫn mòn có thể tạo ra tiếp xúc đệm không đều. Điều này làm tăng ma sát, nhiệt cục bộ và mòn một bên.
Trước khi lắp đặt các miếng đệm chịu nhiệt mới, hãy kiểm tra cần, lỗ xi lanh, vòng mòn, vỏ hướng dẫn, điểm lắp và độ thẳng hàng của xi lanh.
Nếu không, các miếng đệm thay thế có thể bắt đầu rò rỉ trở lại chỉ sau một thời gian ngắn hoạt động.
Thông Tin Gì Là Cần Thiết để Chọn Niêm Phong?
Cung cấp cho nhà cung cấp xi lanh hoặc miếng đệm thông tin sau:
| Yếu tố lựa chọn | Thông tin cần thiết |
|---|---|
| Nhiệt độ | Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ dầu liên tục và nhiệt độ đỉnh |
| Áp lực | Áp suất bình thường, áp suất đỉnh và áp suất hồi lưu |
| Chất lỏng thủy lực | Thương hiệu, tên sản phẩm, độ nhớt và loại chất lỏng |
| Chuyển động | Tốc độ kéo dài và thu hồi, tần suất chu kỳ và thời gian hoạt động hàng ngày |
| Kích thước xi lanh | Lỗ, đường kính cần, hành trình và hướng lắp |
| Tải trọng | Lực đẩy, lực kéo, tải trọng bên và tải trọng va đập |
| Môi trường | Bụi, nước, phun muối, hóa chất và phơi bày ngoài trời |
| Các triệu chứng thất bại | Rò rỉ bên ngoài, rò rỉ bên trong, trôi, ép ra ngoài, hoặc mài mòn nhanh |
Dữ liệu hoạt động chính xác giúp nhà cung cấp lựa chọn vật liệu, hình dạng, bộ tăng cường, vòng đệm dự phòng và các thành phần hướng dẫn cho toàn bộ ứng dụng.
Kết luận
Việc chọn vòng niêm phong cho xi lanh thủy lực nhiệt độ cao đòi hỏi nhiều hơn là so sánh các chỉ số nhiệt độ tối đa.
Quy trình chính xác bắt đầu với nhiệt độ dầu thực tế liên tục và đỉnh điểm. Áp suất, loại chất lỏng, tốc độ, tần suất chu trình, độ rõ ràng của ép ra, điều kiện bề mặt thanh, đường kính xi lanh, hướng dẫn, ô nhiễm, và sự căn chỉnh lắp đặt cần được xem xét.
Polyurethane, NBR, HNBR, FKM và PTFE đều có các ứng dụng phù hợp, nhưng không có vật liệu nào là đúng cho mọi xi lanh nhiệt độ cao.
Vòng niêm phong luôn nên được chọn như một phần của hệ thống niêm phong, hướng dẫn, bôi trơn và quản lý nhiệt hoàn chỉnh.
AiSoar Hydraulics cung cấp các giải pháp xi lanh thủy lực và vòng niêm phong tùy chỉnh cho các ứng dụng công nghiệp nhiệt độ cao, tải nặng, chu trình nhanh và yêu cầu cao.
