Безопасность, долговечность и надежность – вот три критерия качества узла вращения. Конечно, тон задаёт подшипник, которому принадлежит главенствующая роль, но любой узел, где он присутствует, обязательно должен быть оснащен деталью, прямо или косвенно влияющей на его эффективную работу. Но сохраним интригу и сначала приведём немного реальных историй и статистики.
В 2014 году в Сиэтле гигантский горнопроходческий щит «Berta» не смог приступить к выполнению запланированных работ из-за выявленной проблемы – коренные подшипники машины начали перегреваться. При расследовании инцидента было обнаружено, что уплотнения, защищающие подшипники от попадания в них породы, повреждены и требуют замены. Кроме того, выяснилось, что подшипник, на котором вращается буровая головка диаметром 17,5 м, забита грязью. Причина та же – уплотнение. Устранение проблемы потребовало не только времени, но и сотен тысяч долларов, что на несколько порядков превышает стоимость такой детали, как уплотнение.
Головка горнопроходческого щита «Berta»
Однако проблема с уплотнениями может привести к настоящей трагедии, как это произошло в 1986 году при запуске шаттла «Челленджер». На 73 секунде полета взорвался внешний топливный бак, летательный аппарат разрушился, что привело к гибели 7 членов экипажа. Расследование показало, что разрушение летательного аппарата было вызвано повреждением уплотнительного кольца правого твердотопливного ускорителя при старте.
Трагедия «Челленджера»
Вездесущая статистика утверждает, что в каждом втором выходе из строя подшипникового узла виновато уплотнение. Неправильный подбор, установка или обслуживание по сути копеечной детали, которая служит преградой в местах соединения частей узла, могут привести к потере времени, значительных денег, а то и здоровья и даже жизни.
Так что нужно сделать для того, чтобы не допустить отказов узлов вращения из-за манжетных уплотнений?
Манжетное уплотнение
Начнём от печки, то есть от функций уплотнения. Их всего три:
- разделение сред между собой;
- защита смазывающего материала от попадания в него загрязнений;
- защита узла от вытекания смазочного материала.
Современные манжетные уплотнения позволяют реализовать эти три функции одновременно. Но для этого необходимо соблюсти следующие условия:
1. Прежде всего, подобрать уплотнение такой конструкции, которая оптимальна для конкретных условий работы, а именно разницы давлений между окружающей средой и внутренней частью узла и типа окружающей среды. В самом общем виде конструкции можно разделить на армированные и неармированные; цельные и разрезные; с прорезиненной наружной поверхностью и металлическим наружным кольцом.
Большое распространение в промышленности получили манжетные резиновые армированные уплотнения с прижимной пружиной для валов.
Виды манжетных уплотнений
Такие уплотнения способны работать при перепаде давления 0,15 МПа. Уплотнения подобной конструкции часто используются в электродвигателях, редукторах, роликах конвейеров и даже в двигателях внутреннего сгорания.
Манжетное уплотнение HMS
2. Выбирая уплотнение, важно подобрать правильный материал. Это не менее важный фактор надежности и долговечности узла вращения. Существует большое количество материалов уплотнений – каучуки, полиуретан, политетрафторэтилен (PTFE), полиацеталь, полиамид и т.д. Выбор зависит от частоты вращения вала, температуры работы узла, вида среды, с которым уплотнение контактирует, и в общем случае -- от типа используемого смазочного материала.
В разнообразном индустриальном оборудовании широкое распространение получили два вида материалов манжетных уплотнений – бутадиен-нитрильный каучук (NBR) и фторкаучук (FKM).
Манжетное уплотнение из бутадиен-нитрильного каучука (NBR)
Положительными качествами NBR являются его относительная дешевизна, проста в производстве, высокая износостойкость, способность работать при достаточно низких температура до -40 ⁰C, совместимость с синтетическими смазочными материалами и минеральными маслами. К отрицательным качествам можно отнести невысокий предел положительных температур ( +100 ⁰C) и несовместимость с низкотемпературными смазочными материалами.
1.png)
Манжетное уплотнение из фторкаучука (FKM)
FKM отлично показывает себя в работе при высоких температурах (вплоть до +200 ⁰C), обладает отличной химической стойкостью и кратковременно способен работать в условиях сухого трения. Недостатками являются – высокая токсичность, сложность в производстве, плохие литейные свойства, возможность работать при сравнительно невысоких значениях отрицательной температуры (не ниже -20 градусов по Цельсию).
3. Поддержанию работоспособности узла способствуют правильное хранение уплотнения и его корректный монтаж, а также подготовка сопряженных поверхностей, что включает в себя проверку макро- и микрогеометрии корпуса и вала.
Остановимся несколько подробнее на каждом из условий.
Правильное хранение уплотнений предполагает наличие сухого и прохладного склада, исключение доступа прямых солнечных лучей, поскольку ультрафиолет разрушает структуру материалов. Относительная влажность в помещении не должна превышать 65%.
Процедура монтажа должна быть тщательно спланирована, так как от качества монтажа зависит и качество работы узла.
При планировании процедуры монтажа следует изучить конструкцию узла и уплотнения для подбора правильных рабочих инструментов. Далее необходимо убедиться в соответствии всех сопряженных поверхностей требованиям изготовителя уплотнения и использовать только рекомендованный производителем смазочный материал.
Рассмотрим пример монтажа уплотнения в корпус заподлицо. В общем случае для установки уплотнения в отверстие корпуса рекомендуется использовать гидравлический пресс с подходящими оправками. Усилие пресса должно прикладываться как можно ближе к наружному диаметру уплотнения. Уплотнения, монтируемые заподлицо со стенкой отверстия корпуса, должны быть установлены перпендикулярно к оси отверстия корпуса. При этом наружный диаметр оправки должен быть больше диаметра отверстия корпуса. Это поможет избежать чрезмерного утапливания уплотнения в корпусе, которое влечёт за необходимость его демонтажа и утилизации. Также рекомендуется смазывать наружный диаметр уплотнения и вал, на который уплотнение монтируется. Используемый смазочный материал должен быть таким же, какой будет использован в самом корпусе.
Надеемся, что мы смогли убедить вас не делать попыток сэкономить на уплотнениях. Это может избавить ваше предприятие от досадных и дорогостоящих простоев оборудования, неприятностей с заказчиками, которые не получат вовремя нужную им продукцию. Не зря коллективная мудрость веков утверждает, что копейка рубль бережёт.
