4. Герметизация с помощью уплотнительных манжет
Манжеты для герметизации возвратно-поступательного движения могут быть V-образного и Х-образного поперечного сечения. Для герметизации подвижных соединений гидроцилиндров (штока с крышкой и поршня с гильзой) применяют V-образные манжеты (рис. 10, а) из резины или полимерных материалов. Лепестки 1 и 2 при монтаже деформируются до размеров D и d под действием сил упругости материала и давления рабочей среды (давление должно разжимать лепестки манжеты) обеспечивают достаточное прижатие к сопрягаемой поверхности и не требуют дополнительных распорных устройств или деформации.
Рис. 10. Уплотнительные манжеты: а - по ГОСТ 14896-84; б - по ГОСТ 8752-79 тип 1; в - по ГОСТ 8752-79 тип 2.
На рис. 11 показаны различные способы установки манжет V-образного поперечного сечения. На рис. 11, а манжета установлена в корпусе и препятствует утечке масла в сопряжении штока и корпуса. В отверстии корпуса выполнены выточки (рис. 11, а), через которые давление воздействует на лепестки манжеты и плотнее прижимает их к штоку и корпусу.
Рис. 11. Способы установки манжет и грязесъемников
Манжеты работают с незначительной силой трения и поэтому долговечны, однако требуют высокой точности и качества изготовления сопрягаемых поверхностей.
Манжетным уплотнениям характерно то, что они работают только одной стороной и одна манжета может обеспечить герметичность контакта поршня с гильзой только в цилиндре одностороннего действия.
Для уплотнения поршней в гидроцилиндрах двухстороннего действия необходимо устанавливать по две манжеты.
V-образные манжеты стандартизованы (ГОСТ 14896-84) и предназначены для уплотнения деталей гидроцилиндров, перемещающихся со скоростью до 0,5... 1,5 м/с при давлении до 50 МПа, рабочий диапазон температуры - 60... + 200 °С и частота срабатывания - до 0,5 Гц. В случае высоких давлений (более 10 МПа) при применении манжет предусматриваются защитные кольца из фторопласта для предупреждения выдавливания кромки манжеты в зазор между поршнем и гильзой. Достоинством манжет является то, что в процессе эксплуатации они не требуют дополнительного регулирования.
В зависимости от конструкции и рабочего давления манжеты разделяются на три типа: 1-й и 3-й тип для давления до 50 МПа; 2-й тип для давления до 32 МПа. Для работы с минеральными маслами в зависимости от условий работы применяются манжеты, изготовленные из различных групп резины: 0, 1, 2а, 2б и 4.
Долговечность работы манжеты обеспечивается не только работой в требуемых диапазонах температур и давлений, но и соблюдением определенных требований при монтаже и эксплуатации:
- при сборке уплотнительного узла необходимо исключить попадание в рабочую зону механических частиц размером более 25 мкм;
- уплотнительный узел должен быть защищен от попадания загрязнения в процессе работы;
- тонкость фильтрации масла должна быть не грубее 25 мкм;
- манжету, извлеченную из гнезда, повторно желательно не применять, т.к. при демонтаже она обычно получает механические повреждения;
- движущиеся поверхности, контактирующие с манжетами, рекомендуется термообработать до твердости 50 НRC и желательно хромировать, шероховатость их должна быть Ra = 0,16 мкм;
- при монтаже места установки и трущиеся поверхности следует смазать тонким слоем консистентной смазки или маслом, используемым в гидроприводе;
- для предотвращения механических повреждений лепестков манжеты о выступы канавки, резьбу и т.д. сопрягаемых деталей применяют специальные монтажные втулки;
- гнездо и шток должны иметь заходные фаски 15-30°. Манжеты с внутренним диаметром более 76 мм могут монтироваться в закрытых канавках поршня (рис. 11), причем при монтаже кратковременное растяжение манжет не должно превышать 25%.
Шифр обозначения манжет по ГОСТ 14896-84 приведен на рис. 13,
Рис. 13. Шифр обозначения манжет по ГОСТ 14896-84.
Манжеты армированные для валов по ГОСТ 8752-79 (рис. 10, б, в) служат для уплотнения валов при избыточном давлении внутри корпуса до 0,05 МПа при окружных скоростях до 20 м/с и температуре 45 - 50°С в зависимости от группы резины.
Манжета состоит из корпуса 1, выполненного из материала уплотнения, металлической арматуры 2, предназначенной для увеличения жесткости уплотнения, браслетной или нажимной пружины 3, которая предназначена для создания радиального усилия на губке манжеты и предварительного прижатия губки к валу. Манжеты изготавливаются двух типов:
I - однокромочные (рис. 10, б) и II - двухкромочные (рис. 10, в), а также двух исполнений: 1- с механически обработанной кромкой по внешнему диаметру D; 2 - с формованной кромкой. Кроме этого, манжеты могут изготавливаться из резины шести групп в зависимости от диапазона температур и гидравлического или смазывающего масла. Максимальные скорость и давление, допускаемые для манжет данного типа, ограничиваются нагревом лепестка манжеты в результате трения.
При соблюдении правил эксплуатации уплотнительных узлов утечка через манжету не превышает 0,1 см3/час.
Повышенная утечка масла может возникнуть при различных условиях, например, повреждениях лепестка или вала (коррозия, царапины и т.д.) при запрессовке, попадании в зону контакта грязи и пыли, а также при радиальном биении вала, которое не должно превышать 0,15-0,08 мкм для частот от 1000 до 5000 мин-1. Рекомендуемый параметр шероховатости вала Rа = 0,32 мкм, твердость 48-53 НRС.
Остальные рекомендации по монтажу манжет аналогичны рекомендациям для манжет по ГОСТ 14896-84.
Шифр обозначения манжет по ГОСТ 8752-79 показан на рис. 14.
Рис. 14. Шифр обозначения манжет по ГОСТ 8752-79/