книги из ГПНТБ / Макаров Г.В. Уплотнительные устройства

Подставляя значение hm в выражение Q' получим

—2ЦУ

Qy — ~x-nDv

\ dx Jc

Следовательно, расход Q'y увеличивается с увеличением т] и v и уменьшается с увеличением ( - ^ г ) •

Если рассмотреть условия расхода жидкости при обратном ходе штока, предположив, что с наружной открытой стороны имеется достаточная пленка жидкости и что при движении штока внутрь, в сторону рабочего давления, создается поток жидкости в направ­ лении скорости движения штока, то при обратном ходе часть утечки жидкости, происшедшей при рабочем ходе, возвращается обратно в цилиндр

nDv ,

Если скорости движения при прямом и обратном ходе равны, то общий расход жидкости при возвратно-поступательном дви­

иметь место при наличии в соединении некоторого зазора s (общего или местного) и подчиняется она при этом зависимости, полу-

40

ченнои для истечения в зазор жидкости, находящейся под давле­ нием,

возникают предварительные удельные давления р„, которые при подаче рабочего давления р суммируются с соответствующей

ности кольца и его обжатием при сборке устанавливается выра­

41

или

X

V d.v2 Л ~

Пример. Определение расхода жидкости через соединение уплотнительного О-образного кольца с цилиндром. Задано: D —

=70 мм; dB — 60 мм; dK = 5,8 мм; Е = 70 кгс/см2 ; рабочая

=0,615.

•г2„

х

4 - ( 24 + ^в ) ( 4 + 2 ^ - 3 ^ ,

42

Лdx )с_

Определим другие данные, характеризующие зазор при исте­ чении жидкости,

Принимая, что падение давления от р до 0 происходит линейно на' участке /' 0,1/ = 0,52 мм, получаем

вается далее, в условиях полужидкостного трения. При этом наибольшему износу подвергнутся два участка: участок уплотнительного кольца вблизи монтажного зазора и часть уплотнения, затекающая в зазор между деталями подвижного соединения.

Как следует из проведенного исследования, утечка жидкости . зависит от величины градиента давления по длине уплотнительного элемента.

Однако распределение удельных давлений на поверхностях прилегания радиально-контактных уплотнений к подвижным деталям (штокам, цилиндрам) зависит от типа уплотнения. При­ мерный характер распределения для О-образных колец, манжет, сальников и дифференциальных уплотнений при наличии движе­ ния изображен на рис. 18.

Величина градиента давления по длине уплотнения зависит от многих параметров: предварительного поджатия уплотнения р 0 ,

43

перепада давлении при работе изменения свойств резины

в процессе работы (старения, набухания в масле), колебаний температуры, влияния сил трения на поверхности скольжения, затекания части уплотнения в зазор между деталями подвижного соединения, времени работы и др.

Определение градиентов давления в интересующих точках при определении утечки жидкости является наименее изученным и наиболее сложным вопросом.

Изучение утечки жидкостей в местах расположения уплотне­ ния в подвижных соединениях с помощью контактно-гидродина­ мической теории смазки имеет целью выявить основные законо­ мерности, определяющие расход жидкости.

Рис. 18. Примерное распределение удельных давлений на поверхно­ стях прилегания уплотнений: а — О-образное кольцо; б — манжета;

в— дифференциальное уплотнение; г — сальник

Втех случаях, когда жидкостное трение не обеспечивается, эти расчеты являются условными.

Очевидно, целесообразно производить определение утечки жид­ кости с использованием экспериментальных данных.

На . основании опытных данных величина утечки жидкости при движении штоков или поршней определяется следующей формулой:

где q— некоторая функция, выражающая величину утечки жид­ кости через соединение, приходящуюся на единицу поверхности штока (поршня), проходящей мимо уплотнения в единицу вре­ мени; D — диаметр уплотняемой поверхности, см; v — средняя скорость перемещения штоков, см/с.

Приравнивания уравнения расхода (29) и (32), полученные с помощью контактно-гидродинамической теории смазки и экспе­ риментальным путем, имеем

44

Величина q характеризуется особенностями уплотнения (зна­

где р — давление запираемой жидкости; т] — динамический коэф­ фициент вязкости; р г / р — отношение давлений на уплотняемой поверхности; р0 —предварительное удельное давление, созда­ ваемое при сборке уплотнений; / — длина уплотнительного элемента.

и поршней, с потерей способности резины следить за отклонением формы уплотняемой поверхности, а также с возможностью образо­ вания зазоров в соединении вследствие различия значений коэф­ фициентов линейного расширения резины и стали.

Коэффициент линейного расширения резины примерно в 10 раз больше, чем стали. Благодаря этому при затвердевании ре­ зины может пропадать предварительный натяг в уплотнительном соединении.

Изменение вязкости жидкости и других параметров в усло­

резиновых уплотнительных колец и шевронных манжет, изго­ товленных из доместика.

При определении Qy принимаем для манжет за / общую длину манжеты, а для уплотнительных колец — диаметр сечения

45

=70 кгс/см2 , масло веретенное одна малогабаритная манжета, уплотнение

Сравнительные данные о величине утечки жидкости через уплотнение при возвратно-поступательном движении

Зависимость функции утечки q от давления запираемой жид­ кости при применении резиновых уплотнений, полученная на основе опытных данных, представлена на рис. 21. Обработка опытных данных произведена на основании уравнения (32), при этом Qy = 4-'104*7 см8 /мин. Испытания проводились при темпе­ ратуре масла от 18 до 60—80° С.

47

Как видно из графика, наименьшую утечку жидкости имеют дифференциальные уплотнения и манжеты (ГОСТ 6959—54). Манжеты наиболее надежно запирают жидкость внутренней ло­ пастью при уплотнении штока.

Наибольшая утечка имеет место при применении шевронных манжет (ГОСТ 9041—-59), колец круглого сечения (ГОСТ 9833—61) и малогабаритных манжет.

Две шевронные манжеты из прорезиненной ткани (доместик) при давлении свыше 200 кгс/см2 практически не обеспечивают герметичности. Утечка достигает 15 см3 /мин.

=100 кгс/см2 соответственно для штока и поршня

При повышении давления свыше 300—400 кгс/см2 утечка жидкости для большинства уплотнений обычно несколько умень­ шается. Как показывают эксперименты, утечка жидкости через уплотнения поршня больше, чем через уплотнение штока.

Получаемые при испытаниях разные значения величины утечки жидкости для однотипных уплотнений поршня и штока (при d = D) объясняются разными размерами наружного и внутрен­ него уплотнений, а для манжет еще и разными значениями р„ на наружной и внутренней поверхностях, а также разными зна­ чениями отношения — .

Р

Изменение утечки жидкости в условиях положительных тем­ ператур в зависимости от продолжительности работы для раз­ личных уплотнений показано на рис. 22.

На рис. 22, а изображено изменение суммарной утечки, а на рис. 22, б изображена утечка жидкости в единицу времени.

Как видно из этих графиков, утечка жидкости в единицу вре­ мени по мере накопления повреждений резко увеличивается.

48

График утечки жидкости при отрицательных температурах от •—43 до; —56° С представлен на рис. 23. Как видно из этого графика,

щественное значение для расчета гидравлических и пневматиче­ ских устройств. Трение должно учитываться во' всех элементах уплотнительного устройства, оказывающих сопротивление пере­ мещению подвижных частей. •

Значение силы трения связано с потерями энергии в уплот­ нениях.

Работа сил трения обычно определяет механический коэффи­ циент полезного действия гидравлического агрегата. Переменные

49