Как скелетните маслени уплътнения за роботизирани валови системи могат да компенсират интерференцията на устната при ниски температури?

При приложения с ниски температури, като роботизирани валови системи, скелетни маслени уплътнения (радиално валово уплътнение) често се сблъскват с изтичане на масло, увеличен износ при пускане–спиране и нестабилни уплътнителни характеристики. Практическият опит показва, че тези повреди често не се дължат на неправилна инсталация, а на загубата на ефективна компенсация на интерференцията на устната при ниски температури.

В настоящата статия се анализира как ниската температура влияе на интерференцията на устната и са изложени практически стратегии за проектиране, които подобряват надеждността на уплътняването в студени работни условия.

Влияние на ниската температура върху интерференцията на устната

Скелетните маслени уплътнения разчитат на стабилно контактно налягане между уплътнителната устна и повърхността на вала, за да предотвратят изтичане. При ниски температури няколко свързани ефекта водят до системно влошаване на уплътнителните характеристики:

Остиване на гумата

Намаляването на температурата води до увеличаване на модула на еластичност на еластомерите и намаляване на деформируемостта на материала, което намалява способността на устната да се адаптира към повърхността на вала.

Несъответствие при топлинното разширение

Еластомерите, металните корпуси и валовете имат различни коефициенти на топлинно свиване. Това несъответствие променя действителната стегнатост и контактното налягане при ниски температури.

Влошаване на смазването

Увеличената вискозитет на смазката забавя образуването на маслен филм по време на стартиране, което премества работната зона на уплътнението в режим на гранично или смесено триене и ускорява износването.

Основният проблем следователно не е просто липсата на достатъчна стегнатост, а неспособността на устната постоянно да осигурява ефективно контактно налягане при ниски температури.

Рационално определяне на стегнатостта

Стегнатостта на устната трябва да бъде оптимизирана според работните условия (налягане, скорост), свойствата на материала и диаметъра на вала.

Типичните препоръчителни стойности са в диапазона 0,35–0,55 мм, докато при някои високонатоварени приложения може да се изисква до 0,8 мм.

Въпреки това не се препоръчва безразборно увеличаване на интерференцията. Твърде голямата интерференция може да повиши триещия момент, ускори износването и увеличи топлообразуването. Окончателните стойности винаги трябва да бъдат потвърдени чрез симулация и валидиращи тестове.

Избор на материал: Фокус върху устойчивост при ниски температури

Запазването на плътностния натиск при ниски температури зависи предимно от еластичното възстановяване и устойчивостта на материала, а не само от номиналната „устойчивост на студ“:

FVMQ

Подходящ за изключително ниски температури, осигурява добра гъвкавост в комбинация с устойчивост на масло. Често се използва при съвместно работещи роботи и системи, изискващи висока съвместимост.

ФКМ, формулиран за ниски температури

Осигурява баланс между устойчивост на масло, устойчивост на стареене и подобрено възстановяване при ниски температури, подходящ за уплътнителни системи при умерени и ниски температури.

HNBR

Предлага компромис между еластичност при ниски температури и механична якост, често използван в открито разположено оборудване и инженерна техника.

Ключовият критерий е дали материала може да запази ефективно еластично възстановяване при ниски температури, а не просто да издържи на въздействието на студа.

Система с пружини: Критичен механизъм за компенсация

Тъй като твърдостта на гумата нараства при ниски температури, пружината става основен източник на компенсация на контактното налягане:

Достатъчен ефективен ход и стабилна сила на пружината при ниски температури

Съгласувано разпределяне на натоварването между пружината и геометрията на устната

При изключително студени условия силно се препоръчват конструкции на устни с радиални пружини

Правилно проектираната система с пружини значително подобрява стабилността на уплътнението, когато еластомерната деформируемост е намалена.

Структурна оптимизация за адаптивност към температурата

Вместо увеличаване на интерференцията, често по-ефективен начин за подобряване на работата при ниски температури е структурната оптимизация:

Намалено напречно сечение на устната за подобряване на гъвкавостта

Удължен еластичен радиус на рамото за подобряване на способността за последване

Оптимизиран ъгъл на контакт, за по-равномерно разпределение на налягането и намаляване на износването по ръба

Целта на проекта е уплътнителната устна да реагира динамично, а не пасивно да претърпява загуба на производителност

Състояние на повърхността на вала: Решаващ фактор при ниски температури

Тъй като образуването на маслен филм е по-трудно при ниски температури, качеството на повърхността на вала става особено критично:

Контролирана шероховатост на повърхността в диапазона Ra 0,2–0,4 μm за баланс между задържане на масло и съответствие

Въвеждане на микротекстури (например, решетъчни модели) за подобряване на смазването при стартиране

Избягване на повърхностни дефекти, които могат да предизвикат ранно износване на устната

Правилната подготовка на вала е задължителна част от надеждността на уплътняването при ниски температури

Координация на системно ниво: Топлинно съгласуване и контрол на допуснатите отклонения

Стабилното запечатване при ниски температури изисква системен подход:

Съгласувано топлинно свиване между компонентите

Отчитане на допуснатите монтажни зазори при ниски температури

Избор на смазки с подходящи свойства за течене и лепкавост при ниски температури

Едва чрез термомеханична системна координация устната на уплътнението може да поддържа постоянен контактен натиск по време на цялата експлоатация.

Ключът към успешно запечатване при ниски температури не е прекомерната интерференция, а създаването на система за запечатване с вградена адаптивност към температурата.

Чрез интегриране на оптимизирани материали, геометрия на устната, пружинни системи, конструиране на повърхността на вала и термично съгласуване на системно ниво, може да се постигне надеждна производителност на уплътнението и удължен живот, дори при изискващи условия на ниски температури.