Роганов Л.Л., Абрамова Л.Н., Роганов М.Л.

Донбасская государственная машиностроительная академия.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСВ

В различных транспортных средствах (кораблях, автомобилях, самолетах, ж/д транспорте) широко применяется гидравлический и пневматический привод, основными элементами которого являются гидропневмоцилиндры, гидропневмомоторы и управляющая аппаратура. Надежность этих узлов и транспортных средств во многом зависит от надежности уплотнительных устройств. Считается, что наиболее надежным и долговечным являются щелевые уплотнения [1]. Известны щелевые уплотнительные устройства для гидропневмоцилиндров, в которых применяются цилиндрические втулки-уплотнения с радиальными щелями (зазорами), с плавающими кольцами и втулками, обеспечивающие самоцентирование (самоустановку) относительно уплотняемой детали гидропневмоцилиндра [1].

Такие уплотнения успешно используются при высоких перепадах давления (до 40 МПа) и скоростях (до 250 м/с), низких и высоких температурах (от 20 до 650К) в различных средах, что характерно для гидропневмоцилиндров, применяемых в различных машинах.

Основным их недостатком является отсутствие регулирования зазора в зависимости от величин утечек жидкости через уплотнение, износ уплотнений, приводит к увеличению утечек.

Имеются разработки щелевых уплотнительных устройств в виде втулки-уплотнения, установленной на штоке или поршне гидропневмоцилиндра, снабженной неподвижными уплотнениями на концах втулки, образующих герметичную щель между втулкой-уплотнением и деталями гидроцилиндра, удерживающими втулку-уплотнение в осевом направлении, при этом герметичная щель связана с источником давления радиальным отверстием в стенке втулки [2].

Недостатком такого уплотнительного устройства является отсутствие возможности регулирования давления в уплотненной щели с целью различной степени деформации втулки и соответствующего регулирования зазора в щели, что могло бы привести к изменению величины утечек, невозможность компенсации износа втулки- уплотнения.

Целью статьи является усовершенствование щелевого уплотнительного устройства путем того, что на дополнительной гидролинии между герметичной щелью втулки-уплотнения и источником давления установлен регулятор давления (напорный золотник). Это обеспечивает ручное регулирование давления в герметичной щели и соответствующую степень деформации втулки-уплотнения, изменение радиальных размеров щели утечек (вплоть до натяга) и соответственно величины утечек через втулку-уплотнение. Такая регулировка позволяет компенсировать износ втулки-уплотнения в процессе работы, что повышает долговечность щелевого уплотнительного устройства.

Если на сливной линии щелевого уплотнительного устройства дополнительно установить датчик утечек и связать его с управляющим элементом регулятора давления, то регулирование давления в герметичной щели втулки-уплотнения, а значит, деформация и изменение размеров щели утечек и самих утечек, будет проводиться автоматически и пропорционально величине утечек, что также повышает долговечность втулки, надежность уплотнения [3].

Сущность конструкции поясняется чертежом, где на рис. 1 изображен продольный разрез щелевого уплотнительного устройства со схемой управления.

Щелевое уплотнительное устройство состоит из втулки-уплотнения 1, размещенную на штоке 2 или поршне (на чертеже не показано) и образующую два концентричных зазора – щели 3 и 4. На концах втулки-уплотнения, размещены уплотнения 5, герметизирующие щель 3, которая линией 6 соединена с источником давления 7, и на линии 6 установлен регулятор давления 8. На штоке размещена втулка 9 с уплотнениями 10, а между втулками 1 и 9 выполнена линия 11, соединенная со сливом 12, и на линии 11 размещен датчик утечек 13. Распределение давлений среды по длине втулки 1 показано эпюрами 14 и 15.

Рис. 1 – Щелевое уплотнительное устройство

Принцип работы щелевого уплотнительного устройства такой. При появлении давления в полостях цилиндра, через щель утечек 4 проходит среда и далее по линии 11 на слив 12. В щели 4 создается давление среды в виде эпюры 14 близкой к треугольной. Регулятором давления 8 в герметичной щели 3 создается постоянное по длине втулки 1 давление среды – эпюра 15. Действие давлений вызывает деформацию втулки 1 и изменение радиальной величины щели 4, а значит изменение утечек по линии 11. Уплотнения 10 во втулке 9 исключают неконтролируемые утечки из цилиндра. Изменяя настройку регулятора давления 8, меняют утечки через щель 4. Если на линии 12 установить датчик утечек 13 и связать его управляющим элементом регулятора давления 8, то регулирование утечек будет проводиться автоматически. При установке щелевого уплотнительного устройства на поршень необходимые гидролинии выполняются в штоке и гибкими шлангами или телескопическими устройствами связываются с регулятором 8 и датчиком утечек 13.

Была проведена экспериментальная проверка разработанных щелевых втулок-уплотнений из разных материалов (сталь, чугун, бронза, латунь, фторопласт, капрон, текстолит) на давлении до 32 МПа при работе на минеральном масле (индустриальное «20») и воде. Установлено, что рабочее давление жидкости при эксплуатации втулок не должно быть больше 0,8 σ_Т (предела текучести) их материала. Разработана методика расчета давления управляющего зазором в уплотняемой щели, разработаны рекомендации по конструктивным схемам уплотнений [4].

Литература:

1. Кондаков Л.А. и др. Уплотнения и уплотнительная техника. – М.: Машиностроение, 1986, с.375-377, рис.11.1б, в, г, д., е.

2. Макаров Г.В. Уплотнительные устройства.- М.: Машиностроение, 1973, с.159, рис.91.

3. Декл. патент № 40095А (Україна). Пристрій з щілинним ущільненням для гідроциліндрів./Роганов Л.Л., Абрамова Л.Н.// Промислова власність. – 2001. - №6.

4. Роганов Л.Л., Абрамова Л.Н. Развитие конструкций щелевых втулок-уплотнений для гидросистем прессов и станков // Мир техники и технологий. – 2003. - №7. с.44-46.