El diseño y uso inadecuados de la junta tórica acelerarán su daño y perderán su rendimiento de sellado. El experimento muestra que si cada parte del dispositivo de sellado está diseñada razonablemente y simplemente se aumenta la presión, la junta tórica no se dañará. En condiciones de trabajo de alta presión y alta temperatura, las razones principales del daño de la junta tórica son la deformación permanente de los materiales de la junta tórica y la mordida del espacio causada por la compresión de la junta tórica en el espacio de sellado. La junta tórica primaria aparece distorsionada durante el movimiento.
1. Deformación permanente
Debido a que el material de caucho sintético utilizado para el anillo de sellado de la junta tórica es un material viscoelástico, la cantidad de compresión inicialmente establecida y la capacidad de bloqueo de rebote se perderán gradualmente después de un uso prolongado, lo que resultará en una deformación permanente y eventualmente fugas. La deformación permanente y la pérdida de fuerza elástica son las principales razones de la pérdida del rendimiento de sellado de la junta tórica. Las siguientes son las principales razones de la deformación permanente.
1) Relación entre deformación permanente y relación de compresión y cantidad de tracción
El caucho de varias fórmulas utilizado para fabricar juntas tóricas producirá el fenómeno de relajación de la tensión de compresión bajo compresión; en este momento, la tensión de compresión disminuirá con el aumento del tiempo. Cuanto mayor sea el tiempo de servicio, mayor será la relación de compresión y la cantidad de tracción, mayor será la caída de tensión causada por la relajación de la tensión del caucho, de modo que la junta tórica tiene una elasticidad insuficiente y pierde su capacidad de sellado. Por tanto, es aconsejable intentar reducir la relación de compresión en las condiciones de uso permitidas. Aumentar el tamaño de la sección de la junta tórica es la forma más sencilla de reducir la relación de compresión, pero aumentará el tamaño de la estructura.
Cabe señalar que al calcular la relación de compresión, la gente a menudo descuida la reducción de la altura de la sección causada por el estiramiento de la junta tórica durante el montaje. El cambio del área de la sección transversal de la junta tórica es inversamente proporcional al cambio de su circunferencia. Al mismo tiempo, debido al efecto de la tensión, la forma de la sección de la junta tórica también cambiará, lo que se refleja en la reducción de su altura. Además, bajo el efecto de la tensión superficial, la superficie exterior de la junta tórica se vuelve más plana, es decir, la altura de la sección disminuye ligeramente. Esto también es una manifestación de la relajación de la tensión de compresión de las juntas tóricas.
El grado de deformación de la sección de la junta tórica también depende de la dureza del material de la junta tórica. En el caso de la misma cantidad de tracción, la altura de la sección de la junta tórica con alta dureza también disminuye mucho. Desde este punto de vista, el material con baja dureza debe seleccionarse en la medida de lo posible de acuerdo con las condiciones de servicio. Bajo la acción de la presión y la tensión del líquido, la junta tórica de caucho también sufrirá gradualmente una deformación plástica y la altura de su sección se reducirá en consecuencia, de modo que eventualmente se perderá la capacidad de sellado.
2) Relación entre la temperatura y el proceso de relajación de la junta tórica
La temperatura de servicio es otro factor importante que afecta la deformación permanente de la junta tórica. Las altas temperaturas acelerarán el envejecimiento de los materiales de caucho. Cuanto mayor sea la temperatura de funcionamiento, mayor será la deformación permanente por compresión de la junta tórica. Cuando la deformación permanente es superior al 40%, la junta tórica perderá su capacidad de sellado y tendrá fugas. El valor de tensión inicial formado en el material de caucho de la junta tórica debido a la deformación por compresión disminuirá gradualmente y desaparecerá con el proceso de relajación de la junta tórica y el efecto de la caída de temperatura. La compresión inicial de la junta tórica trabajando a temperatura cero puede disminuir o desaparecer por completo debido a la fuerte caída de temperatura. Bajo la condición de – 50~- 60 ℃, el material de caucho que no es resistente a bajas temperaturas perderá completamente la tensión inicial; Incluso para materiales de caucho resistentes a bajas temperaturas, la tensión inicial en este momento no será superior al 25% de la tensión inicial a 20 ℃. Esto se debe a que la compresión inicial de la junta tórica depende del coeficiente de expansión lineal. Por lo tanto, al seleccionar la cantidad de compresión inicial, es necesario asegurarse de que todavía haya suficiente capacidad de sellado después de la caída de tensión causada por el proceso de relajación y la caída de temperatura.
Para juntas tóricas que funcionan a temperatura cero, se debe prestar especial atención al índice de recuperación y al índice de deformación de los materiales de caucho.
En resumen, en el diseño, es necesario garantizar que la junta tórica tenga una temperatura de trabajo adecuada o seleccionar materiales de junta tórica que puedan soportar temperaturas altas y bajas para prolongar la vida útil.
3) Presión de trabajo media y deformación permanente.
La presión del medio de trabajo es el principal factor que provoca la deformación permanente de la junta tórica. La presión de trabajo de los equipos hidráulicos modernos está aumentando. La junta tórica se deformará permanentemente bajo alta presión durante mucho tiempo. Por lo tanto, se deben seleccionar materiales de caucho resistentes a la presión apropiados de acuerdo con la presión de trabajo durante el diseño. Cuanto mayor sea la presión de trabajo, mayor será la dureza y la resistencia a altas presiones de los materiales utilizados.
Para mejorar la resistencia a la presión de los materiales de las juntas tóricas, aumentar la elasticidad de los materiales (especialmente la elasticidad de los materiales a bajas temperaturas) y reducir la deformación permanente por compresión de los materiales, generalmente es necesario mejorar la fórmula de los materiales y agregar plastificantes. Sin embargo, si la junta tórica con plastificante se sumerge en el medio de trabajo durante mucho tiempo, el medio de trabajo absorberá gradualmente el plastificante, lo que provocará una contracción del volumen de la junta tórica e incluso una compresión negativa de la junta tórica. anillo (es decir, hay un espacio entre la junta tórica y la superficie de la pieza sellada). Por lo tanto, esta contracción debe considerarse plenamente al calcular la compresión de la junta tórica y diseñar la matriz. La junta tórica prensada deberá poder mantener el tamaño necesario después de sumergirse en el medio de trabajo durante 5 a 10 días y noches.
La tasa de deformación permanente por compresión del material de la junta tórica está relacionada con la temperatura. Cuando la tasa de deformación es del 40% o más, se producirán fugas. Por lo tanto, los límites de resistencia al calor de varios compuestos de caucho son: caucho de nitrilo 70 ℃, monómero de etileno propileno dieno 100 ℃, caucho fluorado 140 ℃. Por lo tanto, varios países han estipulado la deformación permanente de la junta tórica. Consulte la tabla para conocer los cambios de tamaño de las juntas tóricas de materiales de caucho estándar chinos a diferentes temperaturas. A la misma temperatura, la tasa de deformación permanente por compresión de las juntas tóricas con un diámetro de sección grande es menor.
La situación es diferente en el petróleo. Dado que la junta tórica no está en contacto con el oxígeno en este momento, las reacciones adversas anteriores se reducen considerablemente. Además, normalmente provoca una cierta expansión del caucho, por lo que se compensará la tasa de deformación permanente por compresión causada por la temperatura. Por lo tanto, la resistencia al calor del aceite mejora considerablemente. Tomemos como ejemplo el caucho de nitrilo, su temperatura de trabajo puede alcanzar los 120 ℃ o más.
2. Mordida intermitente
Las piezas selladas tienen una precisión geométrica deficiente (incluidas redondez, ovalidad, cilindricidad, coaxialidad, etc.), desalineación entre las piezas y expansión del diámetro interno bajo alta presión, lo que provocará la expansión del espacio de sellado y la intensificación de la extrusión del espacio libre. La dureza de la junta tórica también tiene un efecto obvio en el fenómeno de extrusión de espacios. Cuanto mayor es la presión del líquido o gas, menor es la dureza del material de la junta tórica y más grave es la extrusión del espacio de la junta tórica.
La medida para evitar la picadura por holgura es controlar estrictamente la dureza de la junta tórica y la holgura de sellado. Seleccione materiales de sellado con la dureza adecuada para controlar la holgura. El rango de dureza de las juntas tóricas de uso común es HS60~90. La dureza baja se utiliza para baja presión y la alta dureza para alta presión.
Es una forma eficaz de evitar que la junta tórica quede apretada en el espacio mediante el uso de un anillo de sellado adecuado para proteger el anillo de retención.
3. Fenómeno de distorsión
La torsión se refiere al fenómeno en el que la junta tórica gira en dirección circunferencial, lo que generalmente ocurre en el estado de sello dinámico.
Si la junta tórica se ensambla correctamente y se usa en las condiciones adecuadas, no es fácil rodar o girar con un movimiento alternativo, porque el área de contacto entre la junta tórica y la ranura es mayor que el área de contacto de fricción en la superficie deslizante. y la resistencia de la propia junta tórica puede evitar la torsión. La distribución de la fricción también tiende a mantener la junta tórica estacionaria en su ranura, porque la fricción estática es mayor que la fricción deslizante y la rugosidad de la superficie de la ranura es generalmente inferior a la rugosidad de la superficie deslizante.
Hay muchas razones para el daño por distorsión, entre las cuales la más importante es que el espacio entre el pistón, el vástago del pistón y el cilindro es desigual, la excentricidad es demasiado grande y el diámetro de la sección de la junta tórica es desigual. Debido a que la fuerza de fricción sobre la junta tórica es desigual durante más de una semana, algunas partes de la junta tórica tienen demasiada fricción, lo que provoca distorsión. Generalmente, las juntas tóricas con un tamaño de sección pequeño son propensas a sufrir una fricción desigual. Causa distorsión (esta es la razón por la cual el diámetro de la sección de la junta tórica para el movimiento es mayor que el de la junta tórica para la fijación).
Además, debido a la desviación de coaxialidad, la altura de sellado desigual y el diámetro de sección desigual de la junta tórica en la ranura de sellado, una parte de la junta tórica puede estar comprimida demasiado y la otra parte puede ser demasiado pequeña o no estar comprimida. . Cuando la ranura es excéntrica, es decir, la desviación coaxial es mayor que la cantidad de compresión de la junta tórica, el sello fallará por completo. Otra desventaja de una gran desviación de coaxialidad de la ranura de sellado es la compresión desigual de la junta tórica a lo largo de la circunferencia. Además, debido al diámetro desigual de la sección, la dureza del material, el espesor de la película de aceite lubricante, etc. de la junta tórica, así como la rugosidad de la superficie del eje del sello y otros factores, parte de la junta tórica se desliza a lo largo de la superficie de trabajo. superficie y la otra parte rueda, lo que resulta en la distorsión de la junta tórica. La junta tórica para deportes se daña fácilmente debido a la torsión, lo cual es una razón importante para el daño y la fuga del dispositivo de sellado. Por lo tanto, mejorar la precisión del mecanizado de la ranura del sello y reducir la excentricidad son factores importantes para garantizar el sellado confiable y la vida útil de la junta tórica.
El anillo de sellado no debe instalarse torcido. Si se distorsiona durante la instalación, el daño por distorsión ocurrirá rápidamente. Durante el funcionamiento, la distorsión cortará la junta tórica, lo que provocará una gran fuga de aceite y la junta tórica cortada se mezclará con otras partes del sistema hidráulico, provocando accidentes graves.
Para evitar que la junta tórica se tuerza y dañe, se deben tener en cuenta los siguientes puntos durante el diseño
1) La concentricidad de la ranura de instalación de la junta tórica debe considerarse desde dos aspectos: fácil procesamiento y sin distorsión.
2) El tamaño de la sección de la junta tórica deberá ser uniforme y la parte de sellado deberá estar completamente recubierta con aceite lubricante o grasa durante cada instalación. A veces, también se puede utilizar un dispositivo de llenado de aceite de tipo anillo de fieltro saturado con aceite lubricante.
3) Aumente el diámetro de la sección de la junta tórica, y el diámetro de la sección de la junta tórica para el sello dinámico generalmente debe ser mayor que el de la junta tórica para el sello estático; Además, las juntas tóricas no deben utilizarse como sellos para pistones de gran diámetro.
4) Cuando también se producen daños por distorsión bajo baja presión, se puede utilizar un anillo de sellado para proteger el anillo de retención.
5) Reducir la rugosidad de la superficie del cilindro y del vástago del pistón.
6) La junta tórica está fabricada con materiales con bajo coeficiente de fricción.
7) La junta tórica se puede reemplazar por un anillo de sellado que no se deforme fácilmente.
4. Fenómeno del desgaste abrasivo
Cuando la holgura del sello tiene movimiento relativo, las partículas de polvo y arena del entorno de trabajo se adhieren a la superficie del vástago del pistón y, junto con el movimiento alternativo del vástago del pistón, ingresan al cilindro junto con la película de aceite, convirtiéndose Las partículas abrasivas invaden la superficie de la junta tórica, acelerando el desgaste de la junta tórica, de modo que se pierde su rendimiento de sellado. Para evitar esto, se debe utilizar un anillo guardapolvo en el extremo extendido del eje del dispositivo de sellado alternativo.
5. Influencia de la superficie de deslizamiento sobre la junta tórica
La rugosidad de la superficie de deslizamiento es un factor directo que afecta la fricción y el desgaste de la superficie de la junta tórica. En términos generales, la fricción y el desgaste de la superficie lisa son pequeños, por lo que el valor de rugosidad de la superficie deslizante suele ser muy bajo (Ra0.2 ~ 0.050 μ m）。 Sin embargo, la prueba muestra que la rugosidad de la superficie es demasiado baja (Ra es inferior a 0.050 μm) También traerá efectos adversos sobre la fricción y el desgaste. Esto se debe a que la pequeña superficie es desigual, lo que puede mantener la película de aceite lubricante necesaria. Por lo tanto, se deben seleccionar los requisitos de superficie apropiados.
El material de la superficie deslizante también afecta la vida útil de la junta tórica. Cuanto más duro sea el material de la superficie deslizante, mayor será la resistencia al desgaste, mayor será la capacidad de mantenerla suave y limpia y mayor será la vida útil de la junta tórica. Esta es también una razón importante para el cromado en la superficie del vástago del pistón del cilindro hidráulico. De manera similar, se puede explicar que la superficie deslizante hecha de cobre y aleación de aluminio con la misma rugosidad tiene una fricción y un desgaste más graves en el anillo de sellado que la superficie deslizante de acero, y el anillo de sellado con baja dureza y gran compresión no es tan duradero. como anillo de sellado con alta dureza y pequeña compresión.
6. Fricción y aplicación de la junta tórica
En el dispositivo de sellado dinámico, la fricción y el desgaste son factores importantes que afectan el daño de la junta tórica. El grado de desgaste depende principalmente del tamaño de la fricción. Cuando la presión del líquido es pequeña, la fuerza de fricción de la junta tórica depende de su precompresión. Cuando el fluido de trabajo está bajo presión, la fricción aumenta con el aumento de la presión de trabajo. Cuando la presión de trabajo es inferior a 20 MPa, la relación es aproximadamente lineal. Cuando la presión es superior a 20 MPa, con el aumento de la presión, el área de contacto entre la junta tórica y la superficie metálica aumenta lentamente y la fuerza de fricción aumenta lentamente. En condiciones normales, la vida útil de la junta tórica disminuirá aproximadamente en una relación cuadrada con el aumento de la presión del líquido.
Con el aumento de la fricción, se genera una gran cantidad de calor de fricción entre el eje giratorio o alternativo y la junta tórica. Como la mayoría de las juntas tóricas están hechas de caucho, la conductividad térmica es muy pobre. Por lo tanto, el calor de la fricción provocará el envejecimiento de la goma, lo que afectará la eficacia de la junta tórica y dañará su rendimiento de sellado. La fricción también dañará la superficie de la junta tórica, lo que reducirá la compresión. Una fricción grave pronto provocará que la superficie de la junta tórica se dañe y pierda su propiedad de sellado. Cuando el sello se utiliza para movimiento alternativo neumático, el calor de fricción también provocará adherencia, lo que aumentará aún más la fricción.