Rod Seals
Герметизация возвратно-поступательных узлов требует надёжных решений. Уплотнения штока – критически важные компоненты гидравлических и пневматических систем, а также различных клапанных механизмов. Их основная функция – предотвращение утечки рабочей среды из системы вдоль подвижного штока и защита внутренних полостей от проникновения внешних загрязнителей.
Нагрузки на штоковое уплотнение возрастают при старте, особенно при высоком пусковом трении или отсутствии стабильной смазки. В условиях реверсивных движений, переменной компресии возрастает риск кавитации и износа кромки. Параметры материала, форма профиля, точность посадки, совместимость со штоком должны быть подобраны с учётом этих факторов. Отклонения по геометрии при посадке приводят к нарушению герметизации.
Штоковые уплотнения испытывают максимальные нагрузки в начальной фазе движения, когда возникает пусковое трение. Кроме того, они подвергаются микровибрациям, кавитации и колебаниям давления. Эти факторы определяют выбор конструкции, материала и точности посадки. Любое отклонение от расчётных параметров — причина ускоренного износа.
Назначение и область применения
Уплотнение штока гидроцилиндра предотвращает утечки масла при рабочих давлениях, ограничивает попадание внешних загрязнений, стабилизирует внутреннюю среду.
Для пневмоцилиндров характерна другая нагрузка: уплотнение штока пневмоцилиндра должно сохранять герметичность при высокой частоте хода, в условиях ограниченной смазки.
При эксплуатации арматуры важно исключить перетекание среды — уплотнение штока клапана препятствует утечкам в приводную зону и наружу.
Примеры применений:
- Гидроцилиндры прессов, подъёмников, буровых установок
- Пневмоцилиндры в автоматизированных производственных линиях
- Клапанные системы трубопроводов и компрессоров
- Медицинские устройства с возвратно-поступательными узлами
Профили
Конструкция и принцип герметизации
Манжеты уплотнения штока обеспечивают герметизацию возвратно-поступательного движения за счёт радиального прижима к рабочей поверхности. Эффективность определяется формой профиля, типом кромки, натягом и жёсткостью материала. При повышении давления контактное давление увеличивается, усиливая герметизирующую способность.
Конструктивные типы:
- Однокромочные, двухкромочные
- Симметричные, асимметричные
- С демпфирующими кольцами
- С интегрированными грязесъёмами
Канавки рассчитываются по ISO 5597. Особое внимание уделяется радиусам сопряжений, контактной площади, направлению усилий и защите от эксцентриситета. При рабочем давлении свыше 25 МПа требуется переход на профили с ограничителем смещения (back-up ring).
Материалы штоковых уплотнений
Выбор материала определяется температурой, химическим составом среды, цикличностью, уровнем пускового трения. Ниже представлены ориентировочные значения коэффициента трения при сухом и масляном контакте:
| Материал | Температура, °C | Коэффициент трения (сухой) | Коэффициент трения (в масле) |
| NBR | –40…+100 | 0.6–1.0 | 0.1–0.3 |
| FKM | –20…+200 | 0.7–1.1 | 0.1–0.2 |
| PTFE | –60…+260 | 0.08–0.15 | 0.04–0.1 |
| PU | –50…+100 | 0.5–0.9 | 0.1–0.25 |
Указанные значения варьируются в зависимости от шероховатости штока, давления, скорости и толщины масляной плёнки. При выборе важно учитывать условия старта и сухое трение при пуске.
Условия эксплуатации
- Давление: до 40 МПа
- Температура: от –60 °C до +260 °C
- Скорость: до 3 м/с
- Частота: до 10 млн циклов
- Шероховатость: Ra 0,2–0,4 мкм
- Твёрдость поверхности: не менее 55 HRC
По отраслям:
- Мобильная гидравлика: колебания температуры, цикличность, пыль
- Энергетика: пар, высокое давление, разрежение
- Пищевые установки: санитарные материалы, стерилизация, PTFE или EPDM
Совместимость со штоками:
- Хромированные: оптимальны
- Нитридированные: возможна адгезия
- Керамические: допускаются только на низком натяге при использовании PTFE
Хонинговка должна обеспечивать диагональную риску под углом ~45°, удерживающую смазку.
Монтаж и демонтаж
- Установка: оправка из мягкого металла, выдержка 1–2 ч при комнатной температуре
- Смазка перед монтажом: силиконовая, минеральная, совместимая с материалом манжеты
- Проверка посадки: равномерность прижима, отсутствие перекоса, контроль зазора
- Демонтаж: крючки, вакуумные присоски, съёмники с ограничителем глубины
Влияние давления и формы нагрузки
При давлении выше 20 МПа происходит деформация профиля, его смещение в сторону боковой стенки. При динамической, импульсной нагрузке рекомендуется применять SPOR или двухкромочные симметричные профили с демпферами.
Диагностика без демонтажа
- Манометрический контроль давления
- Вибрация на старте (срыв контакта)
- Температурный пик при включении
- Микроподтёки в зоне посадки
Расчёт срока службы уплотнения штока
T = (L × μ) / (π × D × f × N)
Где:
T — срок службы (часы)
L — длина хода
μ — коэффициент трения
D — диаметр
f — частота циклов
N — число циклов до критического износа
Ошибки при подборе и установке уплотнений штока
- Превышение допустимого зазора
- Неправильный выбор материала по среде
- Отсутствие смазки
- Эксцентриситет, перекос при установке
- Хранение в сжатом или согнутом виде → деформация кромки
FAQ: Частые вопросы
🔹 У нас шток ходит с высокой частотой. Что выбрать, чтобы уплотнение не вылетало?
Профиль с демпфером, материал — полиуретан или FKM. Симметричная форма — предпочтительна. Давление и температура определяют окончательный выбор.
🔹 Раньше ставили поршневую манжету — можно ли её оставить на штоке?
Нет. Поршневая рассчитана на двустороннюю герметизацию. На штоке она быстро изнашивается и пропускает.
🔹 Есть ли риск протечки, если смазку забыли при установке?
Да. Без смазки возможен надрыв кромки в момент запрессовки. Это частая причина отказа на старте.
🔹 Как понять, что манжета не герметизирует?
Падает давление, видны следы масла или воздуха в зоне штока. Иногда — колебания при реверсе хода.
🔹 Шток работает в агрессивной среде — какой материал выбрать?
Если среда химическая — FKM. При повышенных температурах — Viton GF. В паровой среде до 180 °C возможен EPDM.
Технические условия поставки и спецификация
Уплотнения штока купить можно в диапазоне типоразмеров от 5 до 500 мм. Возможна индивидуальная разработка конфигурации по техническому заданию или образцу, с соблюдением допусков IT7–IT8. Материалы: PU (92±3 Shore A), NBR (70±5), FKM (75±5), PTFE с добавками для устойчивости к динамике.
Производство — по ТУ с контролем по ГОСТ / ISO 6194. Каждая партия проходит тест герметичности при –20…+80 °C. По запросу оформляется протокол испытаний.
Срок поставки: от 1 до 30 рабочих дней. Документальное сопровождение — по требованиям клиента.