Журнал «Агропромышленные технологии Центральной России»

Выпуск №1 (27) (2023)

УДК 631.372:539.3
DOI 10.24888/2541-7835-2023-27-137-143

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ КОНТРТЕЛА НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ НЕПОДВИЖНЫХ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Автор(ы): Березин М.А.

В статье отмечено, что для более точного прогнозирования надежности соединений необходимо исследовать влияние на утечки не только геометрических размеров сопрягаемых элементов, но и других факторов. В частности, на утечки в уплотнительных узлах влияют реальная температура эксплуатации и агрессивности рабочей жидкости гидросистемы. Особо отмечено, что существенным образом на герметичность уплотнительного соединения влияет величина шероховатости поверхности деталей, находящихся в контакте с уплотнительным элементом. Для полного перекрытия микроканалов, образованных выступами и впадинами на уплотняемой поверхности, требуется создать в зоне контакта повышенные напряжения в уплотнителе, что отрицательно влияет на срок его службы. Проведенные ранее микрометражные исследования деталей уплотнительных узлов показали, что фактическая величина шероховатости поверхностей уплотняемых деталей, контактирующих с резиновыми кольцами, оказалась значительно выше, чем требуется стандартом. Проведенные теоретические исследования, основанные на численном моделировании с помощью оригинальной конечно-элементной программы расчета, показали, что первый период функционирования контактного уплотнительного соединения характеризуется постоянной площадью контакта и отсутствием утечек через соединение. Особенностью второго периода является постепенное уменьшение площади контакта из-за отрыва от поверхности контртела, формирующегося в пограничном массиве уплотнителя релаксационного микрорельефа. Расклинивающее воздействие гидравлической жидкости, проникающей в полости микрорельефа, приводит на определенной стадии к полному разъединению поверхностей уплотнителя и контртела, ликвидации способности соединения к самоуплотнению и полному исчерпанию ресурса. В статье сделан вывод, что более целесообразным критерием исчерпания ресурса соединения по сравнению с критерием предельных напряжений является время начала формирования микроканалов в пограничном массиве уплотнителя.

Ключевые слова
уплотнительный узел; резина; эластомер; шероховатость поверхности; параметры шероховатости; утечки рабочей жидкости; ресурс соединения

THEORETICAL STUDY OF THE EFFECT OF THE SURFACE ROUGHNESS OF THE COUNTERBODY ON THE OPERABILITY OF FIXED SEALING JOINTS

Author: Berezin M.

The article notes that in order to more accurately predict the reliability of connections, it is necessary to investigate the influence on leaks not only of the geometric dimensions of the mating elements, but also of other factors. In particular, leaks in the sealing units are affected by the actual operating temperature and the aggressiveness of the hydraulic fluid. It is particularly noted that the tightness of the sealing joint is significantly affected by the amount of surface roughness of the parts in contact with the sealing element. To completely overlap the microchannels formed by protrusions and depressions on the sealing surface, it is necessary to create increased stresses in the sealer in the contact zone, which negatively affects its service life. The micrometer studies of the sealing components carried out earlier showed that the actual roughness of the surfaces of the sealed parts in contact with the rubber rings turned out to be significantly higher than required by the standard. Theoretical studies based on numerical modeling using an original finite element calculation program have shown that the first period of the function of the contact sealing joint is characterized by a constant contact area and the absence of leaks through the joint. A feature of the second period is a gradual decrease in the contact area due to the separation from the surface of the counterbody of the relaxation microrelief sealer formed in the boundary array. The wedging effect of hydraulic fluid penetrating into the microrelief cavities leads at a certain stage to complete separation of the sealer and counterbody surfaces, elimination of the ability of the joint to self-seal and complete exhaustion of the resource. The article concludes that a more appropriate criterion for the exhaustion of the connection resource in comparison with the criterion of limiting stresses is the time of the beginning of the formation of microchannels in the boundary array of the sealer.

Key words:
sealing unit; rubber; elastomer; surface roughness; roughness parameters; leakage of working fluid; connection life

Список литературы

Андрианов В. Э. Прогнозирование изменения физико-механических свойств резин при термическом старении // Неделя науки СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием, Санкт-Петербург, 13-19 ноября 2017 года. Том Часть 2. - Санкт-Петербург, 2017. - С. 153-155.
Ашейчик А.А., Полонский В.Л. Влияние распределения контактных напряжений на утечки через торцевое уплотнение // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. - 2015. - Т. 16. - № 3. - С. 705-713.
Березин М.А. Методика и результаты микрометражных исследований элементов уплотнительных узлов агрегатов гидросистем сельскохозяйственной техники // Технический сервис машин. - 2020. - № 4(141). - С. 12-19.
Величко С.А., Чумаков П.В., Коломейченко А.В. Оценка технического состояния силовых гидроцилиндров серии С навесных гидросистем тракторов // Инженерные технологии и системы. - 2019. - Т. 29. - № 3. - С. 396-413.
Лужнов Ю.М., Александров В.Д. Основы триботехники: учебное пособие / Под ред. Ю.М. Лужнова. - Москва: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), 2013. - 136 с.
Никитин О.Ф. Обоснование размеров канавки установки кольца контактных уплотнительных устройств // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2013. - № 6. - С. 113-118.
Рыдловский В.П., Штайц В.В., Липняков А.В. Особенности контроля герметичности узлов уплотнений с резиновыми кольцами // В мире неразрушающего контроля. - 2019. - Т. 22. - № 3. - С. 62-64.
Тараховский А.Ю., Тараховский А.А. Анализ основных видов уплотнений для силовых гидроцилиндров // Вестник современных технологий. - 2019. - № 2(14). - С. 37-43.
Штайц В.В., Герасимов Н.И., Липняков А.В. Особенности контроля высокогерметичных узлов уплотнений с резиновыми кольцами // Судостроение. - 2020. - № 3(850). - С. 30-32.
Influence of randomness in rubber materials parameters on the reliability of rubber O-ring seal / B. Liang, X. Yang, Z. Wang [et al.] // Materials. - 2019. - Vol. 12, No. 9. - P. 1566.