Truyền động thủy lực là một cách chuyển đổi, truyền tải và kiểm soát năng lượng với chất lỏng có áp suất làm môi trường làm việc. Bơm bánh răng thủy lực là bộ phận chuyển đổi năng lượng trong hệ thống truyền động thủy lực, được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật, khai thác mỏ, xe nâng và các máy móc khác.
Bơm thủy lực bánh răng động, phốt tĩnh thường dùng: phốt động kết hợp phốt cơ khí quay, phớt môi cao su; Con dấu tĩnh có miếng đệm, vòng đệm chữ O và chất bịt kín. Bơm bánh răng thủy lực là loại phốt bên ngoài (áp suất bên trong) được sử dụng phổ biến nhất cho phốt vòng chữ O, ranh giới phốt chủ yếu là mặt cuối của vòng phẳng.
1. Niêm phong và rò rỉ
Niêm phong hoàn toàn là một vấn đề về mức độ, nó không bao giờ là tuyệt đối, công nghệ niêm phong có thể giải quyết vấn đề chỉ là ngăn ngừa hoặc giảm rò rỉ. Không có sự bịt kín tuyệt đối theo nghĩa vật lý, và bất kỳ khe hở nào, dù nhỏ đến đâu, cũng cho phép phân tử chất lỏng có một kênh dẫn theo cả hai hướng, thường được gọi là rò rỉ. Chế độ rò rỉ thường gặp nhất trong các hệ thống thủy lực là do dòng áp suất gây ra và xảy ra dưới dạng chất lỏng nhỏ giọt hoặc chảy.
Hình thức và kích thước của khe hở bịt kín rất khác nhau trong nhiều hệ thống bịt kín khác nhau và độ dày màng của giao diện bịt kín nằm trong khoảng từ {{0}}.1μm đến 1mm. Trong con dấu tiếp xúc, khe hở con dấu rất nhỏ, giao diện niêm phong trượt tương đối, hình thành màng chất lỏng động của giao diện niêm phong, độ dày màng chất lỏng động này thường là 0.1 ~ 1μm, nghĩa là có độ nhám và độ nhám của giao diện niêm phong tương đương. Do kích thước của các phân tử dầu không lớn hơn khoảng 1nm (0,001μm), các phân tử chất lỏng vẫn còn nhỏ so với màng động mỏng nhất và rò rỉ là không thể tránh khỏi.
2. Lựa chọn và cơ chế làm kín vòng chữ O
2.1 Cơ chế làm kín
Phớt vòng chữ O trong bơm bánh răng thủy lực được sử dụng rộng rãi, vật liệu cao su (từ góc bịt kín chất lỏng để phân tích cơ chế bịt kín cũng có thể được gọi là chất đàn hồi), nó có những ưu điểm sau: (1) mô đun đàn hồi E thấp và độ giãn dài đứt gãy lớn (100 phần trăm hoặc cao hơn), cụ thể là hiệu suất thích ứng của cao su rất mạnh, sau khi cài đặt ban đầu ứng suất tiếp xúc trong phạm vi chấp nhận được; (2) Tỷ lệ Poisson cao ν với giới hạn lý thuyết gần bằng 0,5 phản ánh tính không nén được của cao su; ③ Mô-đun cắt G thấp, không thay đổi thể tích của vỏ, dễ thay đổi hình dạng, để thích ứng với các khoang khác nhau.
Cơ chế làm kín vòng chữ O phụ thuộc vào tính đàn hồi và tính không thể nén của vật liệu cũng như sự hiện diện của sự can thiệp ban đầu hoặc quá trình nén trước. Ở trạng thái tự do, chỉ xét đến sự bịt kín của bề mặt ép nén và đối xứng. Sau khi vòng chữ O được lắp ráp vào rãnh bịt kín, bề mặt tiếp xúc tạo ra một tải trọng nhất định δ0 trước áp suất. Khi áp suất được áp dụng là δP, áp suất chất lỏng tác động lên bề mặt tiếp xúc của phớt và thúc đẩy sự dịch chuyển của vòng chữ O sang phía áp suất thấp. Đồng thời, biến dạng đàn hồi được tăng thêm và ứng suất tiếp xúc trên bề mặt của vòng chữ O có phân bố parabol.
2.2 Những vấn đề cần lưu ý khi lựa chọn
(1) Vòng chữ O có thể mất tính đàn hồi do lão hóa nhiệt hoặc xói mòn hóa học, đồng thời cũng có thể bị giòn, nứt bề mặt, giãn nở hoặc co lại, vì vậy việc lựa chọn vòng chữ O cần chú ý đến khả năng tương thích với môi trường làm kín (tham khảo ý kiến nhà cung cấp ).
(2) Vật liệu chính của cao su vòng chữ O có độ giãn nở nhiệt cao và chất độn của nó có độ giãn nở nhiệt thấp, nhiệt độ thiết kế cao hoặc thấp, cần chú ý đến sự thay đổi âm lượng của rãnh của vòng chữ O tương đối và giao thoa tuyến tính thay đổi.
(3) Khi vòng chữ O chịu ứng suất kéo, nếu nhiệt độ của môi trường sử dụng quá cao, hiệu ứng Goff-Joule sẽ xảy ra và vòng chữ O có xu hướng co lại và dễ rò rỉ hơn.
(4) Trên bề mặt tiếp xúc trượt hoặc bề mặt tiếp xúc có độ nhám bề mặt kém hoặc khu vực xung quanh phân bố ma sát không đồng đều, vòng chữ O có thể trượt ở một vị trí nhất định, một vị trí nhất định bị kẹt, dẫn đến hiện tượng xoắn không kiểm soát được, dẫn đến đối với vết nứt xoắn ốc của vòng chữ O, ngay cả khi vòng chữ O không bị hỏng, nó cũng sẽ tạo ra rò rỉ. Giải pháp tốt là: phớt có cấu hình chống lăn, chẳng hạn như vòng hình chữ nhật.
(5) Sự rò rỉ của bơm dầu bánh răng mới bắt đầu vào mùa đông ở những khu vực có nhiệt độ thấp cho thấy nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh Tg của phớt cao, đặc biệt đối với phớt có hợp chất flo cao. Ở nhiệt độ tới hạn này, vòng chữ O giống da hơn là cao su và áp suất tĩnh của chất lỏng không thể truyền được dẫn đến rò rỉ.
(6) Diện tích hình chữ nhật của rãnh lắp đặt vòng chữ O phải lớn hơn 25 phần trăm diện tích mặt cắt ngang của vòng chữ O (ngoại trừ niêm phong chân không, nó phải là 100 phần trăm). Sau khi vòng chữ O được lắp vào rãnh bịt kín, mặt cuối của vòng chữ O thường chịu biến dạng nén 8% ~ 30%. Độ nén ban đầu trong quá trình niêm phong tĩnh là 15 phần trăm ~ 30 phần trăm, nghĩa là giá trị tốc độ đầy bể phải là 70 ~ 85 phần trăm. Trong con dấu động (thủy lực) nén ban đầu 10 phần trăm ~ 18 phần trăm. Cần lưu ý rằng phớt tĩnh có giá trị tốc độ nén lớn hơn, vì cao su tổng hợp nén ở nhiệt độ thấp, do đó nên xem xét quá trình nén trước của vòng chữ O của phớt tĩnh để bù cho độ nén ở nhiệt độ thấp của nó.
(7) Dưới áp suất cao, vòng chữ O trong rãnh bị chất lỏng ép sang phía không áp suất, trở thành một hình chữ nhật gần đúng và ép vào khe hở ở đầu áp suất thấp. Khi có xung áp suất, vòng chữ O có thể tiếp tục bị bong ra một chút. Để giảm thiểu nguy cơ đùn và đảm bảo khe hở nhỏ của bề mặt bịt kín chính, tốt hơn là lắp vòng chống đùn có độ bền cao hơn giữa vòng chữ O và khe hở đùn, thường được gọi là "vòng giữ" hoặc "thanh giữ". Chẳng hạn như: phớt bên trong trên tấm bên hoặc ống bọc của bơm bánh răng, độ hở dọc trục nhất định, khi áp suất chất lỏng cao, tác dụng ngăn ngừa hư hỏng vòng chữ O là rất đáng kể.
3. Kết luận
Tuy O-ring không phải là công nghệ hàng đầu nhưng lại là một trong những công nghệ then chốt trong bơm bánh răng thủy lực, nó quyết định độ an toàn, tin cậy và bền bỉ của bơm bánh răng thủy lực. Trong việc giảm rò rỉ, giảm mài mòn, cải thiện độ tin cậy và ổn định, kéo dài tuổi thọ, những lợi thế của vòng đệm chữ O trong bơm bánh răng thủy lực là vị trí không thể thay thế.
