Hiệu suất và Cơ chế làm kín của Phớt cao su thủy lực
Là các bộ phận cơ bản cốt lõi của sản phẩm cơ khí, phớt cao su thủy lực là sự đảm bảo quan trọng cho hoạt động bình thường của hệ thống thủy lực. Chúng được yêu cầu trong hầu hết các thiết bị thủy lực và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ô tô, xe máy, máy móc xây dựng và máy móc nói chung. Chức năng cốt lõi của chúng là ngăn chặn sự rò rỉ của môi chất làm việc (chất lỏng) trong hệ thống thủy lực, đồng thời ngăn chặn sự xâm nhập của không khí bên ngoài, bụi bẩn và các chất ô nhiễm khác vào hệ thống và các bộ phận, tránh ô nhiễm dầu, từ đó đảm bảo hiệu quả hoạt động và hiệu suất làm việc của sản phẩm thủy lực và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Để đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy của hệ thống thủy lực, việc sử dụng phớt cao su thủy lực phải đáp ứng các yêu cầu hiệu suất cốt lõi sau:
1. Rò rỉ tối thiểu: Phớt thủy lực phải có hiệu suất làm kín tuyệt vời, với rò rỉ được kiểm soát trong phạm vi rất nhỏ, và hiệu suất làm kín sẽ tự động tăng lên với áp suất dầu thủy lực tăng; ngay cả trong điều kiện làm việc khắc nghiệt như áp suất cao và nhiệt độ cao, rò rỉ sẽ không tăng đáng kể để đảm bảo sự ổn định của áp suất hệ thống.
2. Khả năng tương thích tốt: Do phớt thủy lực bị ngâm trong dầu thủy lực trong thời gian dài, chúng dễ bị thay đổi vật lý và hóa học như trương nở, hòa tan, giòn hoặc cứng, dẫn đến hỏng chức năng làm kín. Do đó, yêu cầu phớt có khả năng tương thích tốt với dầu thủy lực tiếp xúc (môi chất làm việc) và có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài mà không bị suy giảm bất thường.
3. Kháng ma sát thấp: Để tránh hoặc ngăn chặn các hiện tượng bất lợi như bò trườn áp suất thấp và kẹt hoạt động của thiết bị thủy lực, phớt thủy lực phải có kháng ma sát tĩnh và động thấp, và hệ số ma sát phải ổn định, để giảm tổn thất năng lượng của hệ thống và đảm bảo hoạt động trơn tru của thiết bị.
4. Tuổi thọ cao: Phớt thủy lực phải có độ đàn hồi, chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu áp suất, chống mài mòn tuyệt vời, cũng như một mức độ nhất định về độ bền vật lý và cơ học, có thể thích ứng với thử nghiệm lâu dài trong điều kiện làm việc phức tạp, kéo dài chu kỳ thay thế và giảm chi phí bảo trì thiết bị.
Cơ chế làm kín của phớt cao su thủy lực
Theo các điều kiện làm việc làm kín khác nhau, làm kín có thể được chia thành hai loại: làm kín tĩnh và làm kín động. Trong đó, làm kín tĩnh chủ yếu bao gồm ba hình thức: làm kín bằng gioăng, làm kín bằng chất trám và làm kín tiếp xúc trực tiếp, phù hợp với các tình huống không có chuyển động tương đối giữa các bề mặt làm kín; làm kín động có thể được chia thành hai loại cơ bản: làm kín quay và làm kín tịnh tiến, phù hợp với các điều kiện làm việc có chuyển động tương đối giữa các bề mặt làm kín.
Cơ chế làm kín của phớt cao su thủy lực chủ yếu liên quan đến hai khâu cốt lõi: một là làm kín khoang, cốt lõi là đảm bảo định vị chính xác của cạnh ngoài (thành phần tĩnh) của phớt trong khoang lắp đặt, ngăn chặn môi chất rò rỉ từ khe hở lắp ghép giữa phớt và khoang; hai là làm kín động, tức là làm kín tiếp xúc giữa môi làm kín và bề mặt trục quay, đây là chìa khóa để phớt thực hiện chức năng làm kín cốt lõi và trực tiếp quyết định chất lượng hiệu quả làm kín.
Cơ chế làm kín của vùng tiếp xúc của môi làm kín có ý nghĩa quyết định đối với việc phát huy chức năng làm kín của nó. Hiệu quả làm kín chủ yếu phụ thuộc vào ba yếu tố chính: thiết kế cấu trúc của môi làm kín, đặc điểm cấu trúc của vật liệu đàn hồi và độ nhám của bề mặt trục quay. Tác dụng kết hợp của lực hướng tâm của môi làm kín, thiết kế góc môi và thiết kế khoảng cách giữa đầu môi và tâm lò xo sẽ tạo ra áp suất tiếp xúc phân bố không đối xứng trong vùng tiếp xúc giữa môi làm kín và bề mặt trục——áp suất tiếp xúc ở phía dầu là lớn nhất và có xu hướng tăng mạnh, trong khi áp suất tiếp xúc ở phía không khí giảm dần chậm ở một góc nhỏ.
Dưới tác dụng của lắp ghép có khe hở (đường kính trong của môi làm kín ở trạng thái tự do được thiết kế nhỏ hơn một chút so với đường kính trục), áp suất tiếp xúc phân bố không đối xứng này, kết hợp với lực vòng tròn do trục quay tạo ra, sẽ gây ra biến dạng đàn hồi cấu trúc trong vùng tiếp xúc của môi làm kín. Cấu trúc biến dạng này của chất đàn hồi làm kín được hình thành dần dần trong giai đoạn chạy rà của phớt dầu, đóng vai trò quyết định đối với hiệu suất làm kín. Do đó, phớt cao su thủy lực cần có giai đoạn chạy rà trước khi đưa vào sử dụng chính thức để đảm bảo sự ổn định của cấu trúc biến dạng. Ngoài ra, tác dụng kết hợp của sự quay của trục và đường xoắn ốc trên bề mặt môi làm kín sẽ làm cho cấu trúc biến dạng này tạo ra hiệu ứng bơm về phía dầu, tăng cường hiệu quả làm kín.
Đặc tính ma sát của bề mặt trượt của môi làm kín chủ yếu được xác định bởi độ nhớt và tốc độ trượt của môi chất làm việc. Trong điều kiện làm việc bình thường, một màng dầu đồng nhất sẽ được hình thành trên bề mặt trượt. Sự trượt tương hỗ giữa phớt và trục quay diễn ra dưới trạng thái bôi trơn được tách biệt bởi màng dầu, do đó giảm hiệu quả ma sát và mài mòn. Trên bề mặt tiếp xúc trượt của phớt, dầu sẽ tạo ra dòng chảy tuần hoàn "phía khí quyển → phía dầu → phía khí quyển". Trạng thái bôi trơn tốt có thể ngăn chặn hiệu quả sự gia tăng mài mòn, do đó tránh rò rỉ. Có thể thấy, việc kiểm soát chính xác hiệu suất của vật liệu môi làm kín và hình dạng cấu trúc môi, sau đó điều chỉnh đặc tính bôi trơn và cơ chế làm kín của phớt, là chìa khóa để đảm bảo hiệu quả làm kín và tuổi thọ của phớt cao su thủy lực.