Tăng tuổi thọ của xi lanh thủy lực thông qua phớt đệm được tối ưu hóa ma sát Leave a comment

Phớt là rào cản giữa các vùng chịu áp suất trong xi lanh thủy lực và tiếp xúc trực tiếp với các bộ phận chuyển động (thanh piston và piston). Phớt tạo ra lực ma sát chống lại chuyển động và làm giảm năng lượng đầu ra. Nhưng không chỉ năng lượng đầu ra bị ảnh hưởng khi ma sát tăng; nhiệt độ vận hành cũng cao hơn, dẫn đến tuổi thọ của toàn bộ hệ thống phớt thủy lực giảm. Hơn nữa, nhiệt độ tăng ảnh hưởng đến các đặc tính của chất bôi trơn, đặc biệt là độ nhớt của dầu, dẫn đến hành vi bôi trơn giảm và năng lượng đầu ra ít hơn. Ngoài ra, sự dao động của ma sát, được gọi là dính-trượt, có thể ảnh hưởng đến vị trí chính xác và/hoặc tạo ra tiếng ồn.

Tính bền vững – một từ ngày càng trở nên quan trọng hơn – đã tiếp cận gần như mọi khu vực trên thế giới. Một hệ thống thủy lực bền vững phải không bị rò rỉ, nhưng khoảng thời gian giữa các lần dừng bảo dưỡng cũng phải được kéo dài đến khoảng thời gian dài nhất có thể. Theo quan điểm về phớt, điều này có thể đạt được bằng cách lựa chọn hệ thống phớt tốt nhất có thể – bao gồm phớt thanh truyền và phớt piston cũng như các bộ phận dẫn hướng và phớt tĩnh – để đạt được hiệu quả cao nhất. Do đó, không chỉ phải hiểu rõ các loại phớt mà còn phải biết rõ sự tương tác giữa các loại phớt khác nhau đó để đạt được mục tiêu là một hệ thống phớt có hiệu quả cao.

Bài viết này tập trung vào các hệ thống đệm thanh được sử dụng trong các ứng dụng thủy lực (ví dụ: máy đào). Đặc biệt, các tương tác giữa bộ đệm và phớt thanh chính đã được nghiên cứu kỹ lưỡng tại các giàn thử nghiệm nội bộ và trong các nghiên cứu FEA. Kết quả của các cuộc điều tra này dẫn đến hai phớt đệm tối ưu hóa ma sát mới từ SKF.

Hệ thống niêm phong thanh thủy lực và chức năng chắn bụi chính

Hệ thống làm kín thanh trong xi lanh thủy lực thường bao gồm một đệm làm kín, một thanh làm kín chính và một cần gạt (hình 1).

Chức năng chính của phớt đệm, phớt thanh chính và gạt nước như sau:

• hấp thụ các đột biến áp suất hệ thống (ppeak) có thể làm hỏng phớt thanh chính;
• cho phép dầu vận chuyển qua mép bịt kín để bôi trơn phớt thanh chính và cần gạt (hình 2); và
• xả áp suất trung gian (hình 1) giữa phớt đệm và phớt thanh chính khi áp suất hệ thống thấp hơn áp suất trung gian để tránh bẫy áp suất.

Khi kết hợp với đệm kín, đệm thanh chính phải cung cấp các chức năng sau:

• ngăn ngừa rò rỉ bằng cách giảm độ dày màng bôi trơn và cho phép bơm ngược vào hệ thống;
• cân bằng độ dày màng bôi trơn để có mức rò rỉ thấp nhất có thể và ma sát thấp nhất; và
• hấp thụ áp suất trung gian có thể xảy ra.

Cần gạt nước phải cung cấp những chức năng chính sau:

• loại trừ mọi loại ô nhiễm từ môi trường;
• ngăn chặn rò rỉ bằng cách có khả năng bơm chất bôi trơn trở lại hệ thống; và
• có thể xảy ra hiện tượng thoát áp suất trung gian giữa phớt thanh truyền và cần gạt nước.

Các loại đệm đệm

Để thực hiện các chức năng đệm kín đã đề cập ở trên và mục tiêu chung là hệ thống đệm kín thanh có hiệu suất cao, đệm kín cần được thiết kế theo cách đảm bảo tạo ra một lớp màng bôi trơn nhất định cho đệm kín thanh chính và cần gạt.

Nhìn chung, có hai loại phớt đệm khác nhau có sẵn trên thị trường, hoạt động theo những cách khác nhau dựa trên các tính năng thiết kế đặc biệt của chúng. Loại đầu tiên được gọi là “phớt đệm có khả năng bịt kín cao”. Nó tập trung vào việc giảm thiểu lớp màng bôi trơn và do đó ngăn chặn phớt thanh chính bị nén. Khái niệm này ngăn chặn hiện tượng đùn và/hoặc mài mòn phớt thanh chính do nén, nhưng nó cũng dẫn đến tình trạng bôi trơn kém của phớt thanh, dẫn đến ma sát tăng lên và có thể gây dính-trượt và nhiệt độ hệ thống cao hơn.

Loại thứ hai được gọi là “phớt đệm tối ưu hóa ma sát”. Khái niệm này cho phép một lớp màng bôi trơn nhất định đi qua mép phớt và đảm bảo đủ bôi trơn cho phớt thanh chính. Khái niệm này có thể dẫn đến áp suất trung gian có thể xảy ra phía sau phớt đệm phải được lấy từ phớt thanh chính, nhưng nó đảm bảo giảm ma sát của toàn bộ gói phớt thanh, dẫn đến tuổi thọ tăng lên và hiệu quả năng lượng cao hơn.

Điều tra giàn thử nghiệm

1.3 Cấu hình giàn thử nghiệm
Hình 9 cho thấy sơ đồ của giàn thử nghiệm được sử dụng cho các cuộc điều tra và bảng thông số thử nghiệm đã sử dụng. Nó bao gồm một buồng thử nghiệm chịu áp suất bao gồm đệm và phớt thanh chính cũng như phớt tĩnh và các bộ phận dẫn hướng. Giàn thử nghiệm cũng được trang bị một thanh piston di chuyển (truyền động điện), một bộ phận tăng áp thủy lực và một hệ thống phát hiện lực ma sát dựa trên bộ chuyển đổi lực căng/áp suất.

• giai đoạn chạy thử để thiết lập các điều kiện bắt đầu không đổi cho mỗi gói nhằm đảm bảo so sánh chính xác;
• giai đoạn trước khi thực hiện để đánh giá các đặc điểm như khả năng hấp thụ các đợt tăng áp suất hoặc thời gian tạo ra áp suất trung gian;
• giai đoạn dài hạn để đánh giá các đặc điểm như khả năng chống mài mòn hoặc đùn; và
• giai đoạn sau khi thực hiện để đánh giá các đặc điểm khi con dấu già đi.

Kết quả và thảo luận

1.5 Phớt đệm cho các ứng dụng chịu tải nặng (ví dụ: máy đào) – SKF HDB mới
Phớt đệm HDB mới kết hợp với phớt thanh chính S1S đã được đánh giá trong chương trình thử nghiệm độ bền và được so sánh với gói phớt thanh chuẩn, bao gồm phớt đệm có khả năng bịt kín cao kết hợp với U-Cup cao su có vòng đệm dự phòng tích hợp làm phớt thanh chính.

Hình 11 cho thấy lực ma sát và phân tích trực quan từ chu kỳ thử nghiệm trước và sau hiệu suất. Sự khác biệt giữa phớt đệm được tối ưu hóa ma sát (SKF HDB) và phớt đệm có khả năng bịt kín cao (mốc chuẩn) có thể thấy rõ khi so sánh các mức ma sát. Hơn nữa, gói chuẩn cho thấy ma sát tăng đáng kể trong quá trình thử nghiệm sau hiệu suất so với thử nghiệm trước hiệu suất. Điều này có nghĩa là gói chuẩn bị bị hư hại trong chu kỳ thử nghiệm dài hạn do các thông số vận hành cao hơn do ma sát tăng. Gói SKF cho thấy lực ma sát khá ổn định và thấp, đây là chỉ báo cho hệ thống bịt kín hoạt động bình thường trong thời gian dài.

HDB cũng như S1S hầu như không có hư hỏng nào dưới dạng đùn hoặc mòn. Chỉ có một phần đuôi đùn nhẹ ở vòng đệm dự phòng của SKF HDB và hầu như không có hư hỏng trực quan nào ở phần tử bịt kín. Tải trước của môi bịt kín thanh ít bị ảnh hưởng hơn khi kết hợp với SKF HDB, do nhiệt độ vận hành thấp hơn vì bôi trơn tốt hơn.Ma sát tăng lên của gói chuẩn dẫn đến nhiệt độ toàn bộ hệ thống tăng lên, dẫn đến vòng đệm dự phòng bằng nhựa nhiệt dẻo bị mòn nhiều hơn. Ngoài ra, phân tích trực quan về phớt thanh chính cho thấy tổn thất tải trước của môi bịt kín tăng lên do nhiệt độ cao hơn và bôi trơn không đủ.

Không có áp suất trung gian giữa đệm và phớt thanh tại gói chuẩn. Gói SKF cho thấy áp suất trung gian tương đối thấp, đây là hệ quả của khái niệm thiết kế HDB. Trong mọi trường hợp, mặt cắt hình dạng của S1S trong Hình 11 cho thấy áp suất trung gian không làm hỏng phớt thanh chính. Sự biến dạng của vòng đệm dự phòng của HDB dẫn đến khả năng bịt kín cao hơn khi phớt cũ đi, kết quả là khả năng tích tụ áp suất trung gian ít hơn và mức bôi trơn thấp hơn. Cả hai gói đều không bị rò rỉ sau toàn bộ thử nghiệm độ bền.

Các cuộc điều tra cho thấy gói SKF hiệu quả hơn vì nó đòi hỏi ít năng lượng đầu vào hơn do ma sát thấp hơn. Kết quả là tuổi thọ của phớt và chất bôi trơn dài hơn và khoảng thời gian giữa các lần bảo trì dài hơn.

1.6 Đệm phớt cho các ứng dụng hạng trung (ví dụ: xe nâng) – SKF RDB mới
Hình 12 cho thấy mức độ ma sát của SKF RDB và đệm phớt PTFE cao su được cấp điện thường dùng trong các thử nghiệm trước và sau hiệu suất, cũng như phân tích cắt biên dạng sau toàn bộ thử nghiệm độ bền. Cả hai đệm đều được kết hợp với cùng một đệm thanh.

Đệm PTFE cho thấy mức ma sát tương đối thấp. Thành phần PTFE cho thấy sự đùn ra theo cả hai hướng vì nó bịt kín theo cả hai hướng và không xả áp suất trung gian như mong muốn. Do đó, phớt thanh chính cũng cho thấy một số sự đùn ra, điều này xác nhận rằng đệm PTFE không hiệu quả trong việc giảm các đột biến áp suất trong quá trình thử nghiệm độ bền.

SKF RDB cho thấy mức độ ma sát cao hơn một chút so với đệm PTFE, nhưng vẫn ở mức rất tốt so với các cấu hình đệm phớt khác (Hình 11). Sự giảm ma sát giữa các thử nghiệm hiệu suất trước và sau thấp hơn so với đệm PTFE, là kết quả của khả năng chống mài mòn và chống đùn tăng lên của vòng trượt polyurethane cấp cứng.Hình 13 cho thấy áp suất trung gian ở áp suất hệ thống backstroke 50 bar trong thử nghiệm dài hạn cho cả hai phớt vòng trượt. Có thể thấy rằng đệm PTFE ngay lập tức tạo ra áp suất trung gian ở mức áp suất hệ thống nhiều lần, đây là kết quả của việc không có khả năng thông hơi. SKF RDB cho thấy không có hoặc có áp suất trung gian thấp tích tụ ở một số giai đoạn áp suất giữa 50 và 400 bar.

Những kết quả này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn đúng nhóm vật liệu bịt kín cũng như chất lượng phù hợp trong nhóm đối với vòng trượt (có giá trị đối với PTFE nhưng cũng có giá trị đối với polyurethan nhiệt dẻo – TPU). Hiệu suất bịt kín liên quan đến tuổi thọ dự kiến ​​của các loại đệm bịt ​​kín này trong thử nghiệm độ bền chịu tải nặng không cùng mức với SKF HDB – chủ yếu là do quá trình đùn ép cao hơn. Do đó, SKF khuyến nghị chỉ sử dụng RDB trong các ứng dụng chịu tải trung bình, nơi hiệu quả về chi phí có vị thế cao hơn.

Tóm tắt và Kết luận

Bài viết này trình bày các chức năng chính của phớt thanh cũng như các nguyên lý hoạt động khác nhau của phớt đệm. Ảnh hưởng của phớt đệm và phớt thanh đến hiệu quả của hệ thống thủy lực có thể được giải thích rõ ràng thông qua kết quả điều tra giàn thử nghiệm nội bộ.
Các kết quả chứng minh rõ ràng rằng việc lựa chọn đúng loại phớt đệm liên quan đến các thông số vận hành là rất quan trọng. Trong khi đệm loại môi có vòng đệm dự phòng nhiệt dẻo (HDB) có thể được sử dụng ở áp suất rất cao, phớt vòng trượt có động cơ O-ring (RDB) có hạn chế về khả năng chống đùn; đặc biệt, vật liệu PTFE chất lượng thấp có thể dẫn đến đùn không thể chấp nhận được. Do đó, các loại phớt như vậy chỉ nên được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng trung bình.

Nhưng không chỉ việc lựa chọn đúng loại phớt đệm là quan trọng. Phớt thanh chính và gạt nước phải được điều chỉnh, tùy thuộc vào loại phớt đệm đã chọn. Vui lòng tham khảo thêm các tài liệu quảng cáo và bài viết của SKF để ​​biết thêm thông tin về việc lựa chọn gói phớt thanh.

1.7 Các tính năng và lợi ích của phớt đệm HDB
Phớt đệm HDB cải tiến các rãnh phớt đệm tiêu chuẩn (ISO và JIS) và đảm bảo ma sát thấp nhất có thể để đảm bảo tuổi thọ phớt dài. Hình 14 cho thấy các lợi ích và tính năng của sản phẩm.

2 Tài liệu tham khảo

/1/ Phớt công nghiệp SKF, Catalog phớt thủy lực, 2014-06-18, trang 15

/2/ Thạc sĩ Pat.-Ing Mario Stoll, Chương trình thử nghiệm lực ma sát S1S, Viện các thành phần máy móc, Đại học Stuttgart, tháng 3 năm 2017

/3/ Müller, HK, Nau, BS: Kiến thức chuyên môn về công nghệ niêm phong, http://www.fachwissen-dichtungstechnik.de

/4/ Bằng Kỹ sư Ulrich Nißler, Giáo sư Tiến sĩ Kỹ thuật có thể. Werner Haas, Mô phỏng và thử nghiệm phớt thủy lực, Biên bản Hội nghị ISC lần thứ 14, trang 497-511

Ứng dụng SKF Authenticate Có hai cách để kiểm tra tính xác thực bằng ứng dụng SKF Authenticate, Đối với một số sản phẩm, có mã DMC được đánh dấu trên bao bì hoặc sản phẩm. Sử dụng nút ‘Quét mã’ để quét DMC bằng máy ảnh. Phản hồi tức thì sẽ được hiển thị trên màn hình cho biết nếu mã hợp lệ hoặc nếu cần điều tra thêm bằng tính năng ‘Xác minh Sản phẩm’ Gửi ảnh của sản phẩm nghi ngờ bằng cách sử dụng nút ‘Xác minh Sản phẩm’. Làm theo hướng dẫn về cách chụp ảnh bao bì và sản phẩm cũng như tự động gửi yêu cầu, tất cả gói gọn trong một quy trình. Các chuyên gia phụ trách của SKF sẽ kiểm tra thông tin, xác minh xem sản phẩm là sản phẩm chính hãng hay bị làm giả và sẽ báo cho quý vị biết Tải xuống ứng dụng SKF Authenticate NGAY BÂY GIỜ trên App Store hoặc Google Play miễn phí bằng cách nhấp vào liên kết có liên quan hoặc quét mã dưới đây. Tải xuống trên Apple App store /Nhận trên Google Play