Comparación de resultados de pruebas de sellos amortiguadores para cilindros hidráulicos

Haga clic aquí para ver la Parte 1 de esta serie.

A primera vista:

  • Las pruebas determinan qué factores pueden afectar el rendimiento del sello de cojín.
  • Los sellos incorrectos en la aplicación pueden dañarse.
  • Es fundamental que los diseñadores verifiquen los parámetros operativos de su aplicación antes de seleccionar un sello de cojín.

Para examinar y comparar los dos tipos más comunes de sellos amortiguadores (sellos de alta hermeticidad y de fricción optimizada) y los parámetros para extender su vida útil, los ingenieros desarrollaron un banco de pruebas que cubre todos los parámetros de la aplicación para comprender el rendimiento del sello.

Lo que se aprenda durante estas investigaciones debería ayudar a los ingenieros a comprender los tipos de sellos y las interacciones entre los sellos para que puedan especificar mejor el sello más apropiado para su aplicación.

Recopilación de datos

El equipo de prueba consta de una celda de prueba presurizada, un vástago de pistón, un accionamiento eléctrico y un refuerzo hidráulico. El aceite hidráulico tiene un grado de viscosidad de 46. Se instaló un sensor de presión adicional entre el parachoques y el sello del vástago principal para investigar posibles presiones intermedias.

protocolo de prueba

Durante la prueba de calidad, se comprobaron cinco sellos amortiguadores:

  1. Sello de labios con borde de sellado redondeado y sin anillo de respaldo.
  2. Sello de labios con ajuste de fricción en poliuretano con anillo de respaldo termoplástico para aplicaciones de servicio pesado.
  3. Sello de labio hecho de poliuretano con anillo de respaldo termoplástico para un alto rendimiento de sellado para aplicaciones de trabajo medio a pesado.
  4. Sello de anillo deslizante con energizador de junta tórica para aplicaciones de servicio liviano a mediano, hecho de 40 % de PTFE con juntas tóricas de NBR.
  5. Sello de anillo deslizante con energizador de junta tórica hecho de poliuretano rígido y juntas tóricas de NBR para aplicaciones de servicio liviano a mediano.

Los siguientes criterios de desempeño fueron considerados y analizados durante o después de la prueba:

Niveles de fricción y bandas de sellos. Los niveles de fricción y las correas deben minimizarse para mejorar el rendimiento a largo plazo. Los altos niveles de fricción aumentan la temperatura, lo que reduce la vida útil del sello. La altura de la banda de fricción indica qué tan lubricado está el sello del vástago principal.

Presión intermedia entre el tope y el sello del vástago principal. El sello amortiguador debe evitar la acumulación de presión intermedia para proteger el sello del vástago principal. En aplicaciones de servicio pesado, los picos de presión pueden superar los 600 bar y deben manejarse con sellos amortiguadores. El sello del vástago suele ser una copa en U hecha de poliuretano;Puede soportar presiones de hasta 400 bar. Por lo tanto, se analiza la distancia total donde la presión intermedia es un 60% superior a la presión del sistema y el tiempo para acumular la presión intermedia.

Análisis visual de los sellos del tope y del vástago primario antes y después de la prueba . Los investigadores observaron desgaste y compresión de los sellos, así como decoloración. Las comparaciones de antes y después proporcionan evidencia directa del rendimiento del sellado. Por ejemplo, si el sello del parachoques no funciona correctamente y hay signos de fuga, el sello del vástago principal experimentará una gran extrusión debido a la presión intermedia. Si el labio del sello del vástago principal está descolorido, el sello del tope está demasiado apretado y no llega suficiente lubricación al sello del vástago principal.

fuga. En general, las fugas de aceite de los cilindros hidráulicos al medio ambiente deben ser mínimas. Recuerde que a medida que aumenta la relación entre la carrera exterior y la velocidad de la carrera interior del vástago del pistón, también aumenta la posibilidad de fugas. Además, el sello del vástago principal requiere una buena capacidad de retrobombeo. Esto es importante para la amortiguación y los sellos del vástago principal.

El nivel de lubricación determina el nivel de fricción. Pero el nivel de lubricación también determina la cantidad de fugas. Los niveles de lubricación se ven afectados por el recorrido del vástago del pistón hacia adentro y hacia afuera, así como por el diseño del sello y el aceite hidráulico utilizado.

La prueba se desarrolla en cuatro etapas:

etapa de allanamiento, Establezca condiciones de puesta en marcha constantes para cada sello para garantizar las comparaciones correctas.

etapa de ensayo, Evalúe características tales como la absorción de picos de presión y el tiempo para generar presiones intermedias.

a largo plazo, Evalúe propiedades como la resistencia a la abrasión y al aplastamiento.

Después delespectáculo, Evalúe las características de los sellos a medida que envejecen.

Los parámetros de prueba incluyeron varios ciclos diferentes de presión y velocidad del vástago del pistón, con presión y velocidad del vástago del pistón configuradas en bajas cuando la velocidad es alta y viceversa. Esto imita una excavadora en marcha;Las cargas altas se dan principalmente a velocidades de operación bajas, mientras que las velocidades más altas van acompañadas de cargas bajas.

resultados de la prueba

1. Sello de labios sin anillo de respaldo. El gráfico anterior muestra las curvas de presión intermedia y del sistema para el sello n.° 11 en la prueba previa al desempeño. Se aprecia claramente un aumento inmediato de la presión intermedia. En el 96% de la distancia total de prueba, la presión intermedia es igual a la presión del sistema, lo que significa que no hay capacidad de amortiguación.

Después de la fase inicial, el primer día de prueba comenzó con una velocidad constante de entrada y salida del vástago del pistón. Después de aproximadamente un kilómetro de movimiento, la presión intermedia es igual a la presión del sistema. Después de que todo el sistema se apagó por completo durante la noche, el día siguiente comenzó con el doble de la velocidad de carrera de la varilla. Esto hace que la presión intermedia aumente rápidamente hasta la presión del sistema, y ​​la presión del sistema y los picos de presión deben ser manejados por el sello del vástago principal. En este caso, se amplió la prueba previa a la actuación, pero no fue posible reducir la presión intermedia.

La imagen de arriba muestra daños en el perfil del sello. El sello amortiguador no mostró ningún daño importante. Pero después de una distancia de prueba de 90 kilómetros, los sellos de la barra principal han mostrado algo de desgaste y extrusión. El sello no funciona como se esperaba.

2 y 3. Sello de labios con anillo de respaldo. Los gráficos anteriores muestran los niveles de fricción antes y después de la prueba de rendimiento y el cambio en el perfil del sello para dos sellos de labios con anillos de respaldo durante la prueba de durabilidad. La diferencia entre la junta de parachoques «optimizada en fricción» (2) y la junta de parachoques de «alta estanqueidad» (3) se puede ver claramente en los diferentes niveles de fricción. El aumento de la fricción del labio de sellado n.º 3 aumenta la temperatura de todo el sistema y provoca un mayor desgaste del anillo de respaldo. Además, el labio del sello del vástago principal estaba descolorido debido a una lubricación insuficiente.

Solo hay una pequeña cola de pellizco en el anillo de soporte del sello de labios 2 y hay poco daño visual al elemento de sellado. Cuando se combina con el sello de labio 2, hay menos impacto en la precarga del labio del sello del vástago debido a una mejor lubricación y temperaturas de funcionamiento más frías.

El nivel de fricción de 3 disminuyó entre las mediciones previas y posteriores a la prueba. Esto puede deberse a la sección transversal más pequeña del anillo de soporte debido al desgaste. El sello 2, por otro lado, experimentó un ligero aumento en la fricción después de la prueba. Esto puede explicarse por una mayor área de contacto en el anillo de soporte causada por una ligera deformación.

El diagrama anterior muestra el sistema y la presión intermedia para el sello 2. Debido a su diseño, tiene una presión intermedia relativamente baja (menos de 50 bar a 250 bar de presión del sistema). La deformación del anillo de respaldo a medida que envejece da como resultado un mejor sello, lo que reduce la probabilidad de que se acumule presión intermedia y reduce los niveles de lubricación.

El sello de labios 3 no mostró presión intermedia en todos los diferentes niveles de presión del sistema. Esto muestra que 3 tiene un sello alto en todos los niveles de presión. Ambos conceptos de diseño (sello de labios 2 y 3) mostraron fugas bajas o nulas cuando se combinaron con el sello del vástago.

4 y 5. Juntas tóricas con juntas colectoras electrificadas. El gráfico anterior muestra los niveles de fricción para los sellos de anillos deslizantes 4 y 5 antes y después de la prueba de rendimiento y el análisis de corte del perfil después de la prueba de validación completa.

La fricción del sello 4 es muy baja. El elemento de PTFE muestra extrusión en ambas direcciones porque sella en ambas direcciones y no ventila la presión intermedia según sea necesario. Como resultado, se comprimió el sello del vástago principal, lo que confirmó la ineficacia del sello del anillo deslizante 4 para reducir los picos de presión.

El sello de anillo deslizante 5 tiene un poco más de fricción que el 4, pero todavía está en un nivel aceptable. Debido al aumento de la resistencia al desgaste y al aplastamiento del anillo colector rígido de poliuretano, la reducción de la fricción después de la prueba fue menor en comparación con el sello del anillo colector 4.

El gráfico anterior muestra la presión intermedia a una presión del sistema de juego de 50 bar durante la prueba a largo plazo de los sellos de 4 y 5 anillos colectores. El sello 4 eleva inmediatamente la presión intermedia al nivel de presión del sistema múltiple, que es el resultado de la falta de capacidad de ventilación. El sello 5 muestra una presión intermedia nula o baja en varias etapas de presión entre 50 y 400 bar.

A continuación se muestra una comparación de fugas del Sello 4 y el Sello 5. El buen desempeño del sello 5 mejora el desempeño de todo el paquete de sellos del vástago;Tiene muchos menos problemas de fugas que Seal 4.

Los resultados muestran claramente que es importante tener en cuenta los parámetros operativos al seleccionar un sello amortiguador. Los topes de labio con anillos de respaldo termoplásticos pueden soportar altas presiones, mientras que los sellos de anillos deslizantes impulsados ​​por juntas tóricas tienen limitaciones en la resistencia al aplastamiento, especialmente en PTFE relleno de bronce (que presenta un aplastamiento inaceptable). Por lo tanto, estos sellos solo deben usarse en aplicaciones de servicio mediano. El parachoques del labio sin el anillo de soporte y el borde de sellado redondeado no funcionó como se esperaba y no mostró ninguna mejora con respecto al sistema sin el sello del parachoques adicional.

Ya se está realizando una evaluación futura del paquete de sellos de varilla, incluidos los parachoques, los sellos de varilla principal y los limpiaparabrisas. El objetivo es encontrar paquetes de sellos de vástago para aplicaciones que van desde trabajo liviano hasta trabajo pesado para garantizar la vida útil más larga de todo el sistema de sellado.

Thomas Schwarz es Gerente de Investigación para Pruebas, Tecnología de Materiales;Wolfgang Swete es gerente de desarrollo y tecnología de productos;Silvio Schreymayer, Gerente de Pruebas;Martin Wallner es gerente o desarrollador de productos;Emmanuel Pichlmaier es ingeniero de desarrollo de productos;Michael Liebminger es sellos SKF .

error: Content is protected !!