Анализ выхода из строя уплотнений гидроцилиндров: признаки, причины, устранение

Тщательный осмотр вышедших из строя уплотнений гидроцилиндра часто указывает на первопричину проблемы. Запишите жалобу клиента и определите, в чём проявляется неисправность: дрейф (самопроизвольное перемещение штока), утечка или шум.

Утечка возможна по уплотнениям штока (между крышкой гидроцилиндра и штоком), по уплотнению крышки (между крышкой и корпусом гидроцилиндра) и через уплотнения поршня (между поршнем и стенкой цилиндра). При разборке все уплотнения нужно сравнить с новыми и отметить любые изменения внешнего вида: царапины, зазубрины, порезы, посторонние частицы, изменение размеров или цвета. Ниже описаны наиболее распространённые повреждения, указания на первопричины и способы устранения.

Чистота гидравлических компонентов при сборке имеет решающее значение. Перед сборкой все детали должны быть очищены, а детали, которые будут храниться до сборки, — защищены от загрязнения. Полные требования к чистоте дилерских цехов приведены в руководстве Caterpillar SEBF8354, к очистке деталей в специализированных цехах — в SEBF8360.

Составные части гидроцилиндра

На схеме показано расположение всех уплотнений, колец и втулок, о которых пойдёт речь. Показан цилиндр с крышкой на болтах, но у цилиндров с резьбовой крышкой набор и расположение уплотнений такие же.

1. О-кольцо уплотнения крышки (O-ring).
2. Опорное кольцо уплотнения крышки (head seal backup ring).
3. Опорная (износная) втулка крышки (wear band).
4. Буферное уплотнение (buffer seal).
5. U-образное уплотнение (U-cup seal).
6. Грязесъёмник (wiper seal).
7. Гайка штока.
8. Поршень.
9. Крышка гидроцилиндра.
10. Шток с проушиной.
11. Расширительное кольцо уплотнения поршня (piston seal expander ring).
12. Уплотнительное кольцо поршня (piston seal ring).
13. Опорная (износная) втулка поршня (wear band).

Утечка через уплотнения штока

Повреждения при сборке

Не использовался монтажный конус

Признаки. От кромки буферного уплотнения, U-образного уплотнения или грязесъёмника срезан небольшой кусочек материала. Опорная втулка из PTFE на стальной основе (применяется на гидравлических экскаваторах) сильно поцарапана в одном или нескольких местах.

Возможные причины. Уплотнения подрезаны или поцарапаны острой кромкой торца штока при надевании крышки на шток.

Устранение. При сборке крышки со штоком используйте монтажный конус (направляющую для уплотнений). Любая металлическая деталь, которая соприкасается с уплотнением при сборке или в работе, не должна иметь острых кромок.

Комментарии. Чаще всего без монтажного конуса подрезается грязесъёмник. Надевайте крышку на шток одним плавным движением: при толчках или ударах кромка грязесъёмника может оказаться зажатой между краем конуса и фаской штока. Перед сборкой удалите с торца штока все заусенцы и острые кромки.

Грязесъёмник установлен неправильно

Признаки. Металлическая обойма грязесъёмника имеет вмятину или деформацию. Через грязесъёмник в цилиндр попадает грязь, потому что кромка не прилегает к штоку плотно. Грязесъёмник смещён относительно центра отверстия. Контактная полоска на кромке грязесъёмника неравномерна по ширине по окружности.

Возможные причины. Грязесъёмник был установлен неправильно или повреждён при установке.

Предотвращение. Уплотнения с металлической обоймой устанавливайте оправкой с направляющим пояском. При необходимости осадите уплотнение лёгкими ударами резинового молотка по краям, чтобы оно село до упора в торец посадочной канавки. Не допускайте вмятин на металлической обойме.

Комментарии. Неровная контактная полоска на кромке грязесъёмника говорит о том, что уплотнение было посажено с перекосом либо шток погнут. На наружную металлическую поверхность обоймы всегда наносите герметик: он помогает удержать уплотнение в посадке и закрывает возможный путь утечки по сопряжению обоймы с крышкой. На любые другие поверхности уплотнения, штока или крышки герметик наносить нельзя.

Повреждение канавок крышки при снятии уплотнений

Признаки. После снятия уплотнений в канавках крышки видны царапины или выбоины.

Возможные причины. Уплотнения снимали слишком грубо: отвёртками, стамесками или другим закалённым инструментом оставили выбоины в канавках. Качество поверхности канавок ухудшилось настолько, что уплотнения перестали нормально работать.

Устранение. Снимайте уплотнения штока аккуратно, чтобы не повредить канавки. Используйте инструмент из мягкого материала (латунь, пластик).

Загрязнения

Загрязнение краской

Признаки. Передняя поверхность грязесъёмника окрашена до самой кромки; краска обнаружена на участке штока, который работает с уплотнениями. Другой признак — кусочки краски, прилипшие к внутреннему диаметру уплотнений штока.

Возможные причины. При покраске цилиндра грязесъёмник и шток не были защищены.

Устранение. Перед покраской закройте всю переднюю поверхность грязесъёмника и ту часть штока, которая соприкасается с уплотнениями.

Комментарии. Мелкие кусочки краски попадают между уплотняющей кромкой U-образного уплотнения и штоком и вызывают утечку. Кромка U-образного уплотнения должна быть чистой от любых загрязнений.

Металлические загрязнения

Признаки. На уплотняющей кромке U-образного уплотнения — небольшие и средние осевые царапины; такие же царапины часто есть на буферном уплотнении и грязесъёмнике. В опорных втулках и по бокам пластикового уплотнительного кольца поршня застряли блестящие металлические чешуйки и стружка. Шток поцарапан в одном или нескольких местах, царапины прямые, по всей длине хода штока.

Возможные причины. Металлические загрязнения не были удалены из гидросистемы и попали в цилиндр. Они могут быть остатками производственного процесса, продуктами износа или следствием ремонта. Загрязнения повреждают уплотнения штока.

Устранение. Замените изнашиваемые детали. При замене уплотнений всегда меняйте опорные втулки и уплотнения поршня — они работают как улавливатели частиц. Если загрязнение было результатом производственной ошибки, а не износа системы, после переборки цилиндра чистота системы улучшится. Шток замените, если зазубрина на нём достаточно глубокая, чтобы её можно было нащупать ногтем.

Комментарии. В самих уплотнениях штока нет ничего, что могло бы поцарапать шток. Но уплотнения и опорные втулки удерживают на штоке твёрдые частицы, и они оставляют длинные осевые царапины. Эти царапины затем повреждают U-образное уплотнение. Даже одна мелкая царапина на внутренней стороне U-образного уплотнения может привести к заметной утечке.

Неметаллические загрязнения

Признаки. На рабочей поверхности уплотнений штока — сильные царапины или износ. Между уплотнениями и вокруг опорных втулок много грязи. Шток поцарапан в разной степени.

Возможные причины. Грязесъёмник повреждён или установлен неправильно, и в цилиндр попала грязь. Крышка не была как следует очищена перед сборкой. Погнутый шток приводит к неравномерному износу грязесъёмника и потере равномерного прижима кромки к штоку по окружности. Неметаллические загрязнения попали в цилиндр из других компонентов гидросистемы.

Устранение. Убедитесь, что грязесъёмник установлен правильно. Тщательно очистите крышку, особенно внутренние поверхности канавок уплотнений. Погнутый шток выпрямите или замените по инструкции Caterpillar SEBF8072 «Осмотр и восстановление компонентов гидроцилиндров».

Комментарии. После длительной эксплуатации за грязесъёмником нормально обнаружить небольшое количество очень мелкой грязи или пыли. Область за грязесъёмником — «мёртвое пространство», и загрязнения системы не произойдёт, если налёт не сильный. К концу срока службы U-образное или буферное уплотнение может быть покрыто масляной сажей — смесью чрезвычайно мелких частиц износа опорной втулки и хромового покрытия штока. Уплотнение она не повреждает.

Загрязнение водой (гидролиз)

Признаки. Любое уплотнение штока, но особенно буферное, растрескалось и стало хрупким. На уплотняющей кромке отсутствуют крупные кусочки. Материал можно соскрести с уплотнения ногтем.

Возможные причины. В гидравлическое масло попала вода или охлаждающая жидкость. Если машина оборудована водомасляным теплообменником, возможна его негерметичность. Вода может конденсироваться на стенках бака. Вода скапливается около уплотнений штока: из-за слабого потока масла в этой зоне её концентрация там выше.

Устранение. Если проба масла показывает наличие воды — замените масло. Используйте уплотнения штока, устойчивые к гидролизу. При работе на водно-гликолевых жидкостях всегда применяйте специальные U-образные уплотнения и грязесъёмники из карбоксилированного нитрила (чёрного цвета) и ступенчатое буферное уплотнение из PTFE.

Комментарии. При повышенных температурах даже очень небольшое количество воды или охлаждающей жидкости быстро разрушает уплотнения штока. При умеренных температурах разрушение идёт медленнее.

Повреждение металлических деталей

Повреждение штока

Признаки. На внутренней поверхности уплотнений штока — царапины; уплотнения и опорная втулка изношены неравномерно. На поверхности штока — зазубрины и царапины, которые идут не прямо вдоль оси, а в разных направлениях. На хромированной поверхности штока — ямки или трещины.

Возможные причины. Шток погнут. Шток поцарапан или истёрт в рабочей среде либо от внешнего воздействия. Хромовое покрытие штока низкого качества или неправильно отполировано.

Устранение. Погнутый шток выпрямите или замените по инструкции SEBF8072. По той же инструкции шток перехромируйте, отполируйте или замените.

Канавки крышки повреждены или изготовлены с отклонениями

Признаки. Канавки уплотнений заржавели и изъязвлены. Видны следы металлорежущего инструмента, качество поверхности не соответствует требованиям.

Возможные причины. В крышку попала вода, или крышка хранилась без защиты от окружающей среды. Канавки крышки обработаны с нарушениями.

Устранение. Замените крышку. Проточить канавки, чтобы убрать выбоины или следы инструмента, без потери эффективности уплотнений штока нельзя.

Выдавливание U-образного уплотнения

Признаки. Буферное уплотнение изношено, или с его тыльной стороны отрываются полоски материала. С той стороны U-образного уплотнения, что обращена к грязесъёмнику, вырваны небольшие кусочки, либо она выглядит оплавленной. Полоски материала уплотнения, стоящего за U-образным, выдавлены в зазор между штоком и крышкой.

Возможные причины. В гидроцилиндре были скачки высокого давления. Возможно, слишком высоко настроен предохранительный клапан. Повреждено буферное уплотнение — тогда на U-образное уплотнение действует полное давление системы. Если выдавливание обнаружено на стойках подвески самосвала, возможна перегрузка машины или перезарядка стойки.

Устранение. Используйте перед U-образным уплотнением опорное кольцо, закрывающее зазор между крышкой и штоком. Снизьте давление настройки предохранительного клапана. Замените повреждённые буферные уплотнения.

Комментарии. Выдавливание материала уплотнения не связано с плавлением: температура плавления полиуретана намного выше температур, которые возникают в нормально работающей гидросистеме.

Тепловое повреждение

Признаки. Буферное и U-образное уплотнения очень тёмного цвета. U-образное уплотнение сильно сплющено. Уплотнения потрескались и стали хрупкими.

Возможные причины. Температура гидросистемы слишком высока для стандартных уплотнений штока. Стандартные уплотнения рассчитаны на постоянную рабочую температуру 93 °C.

Устранение. Проверьте эффективность компонентов охлаждения гидросистемы и устраните неполадки. Измените режим работы машины, чтобы избежать перегрева. Применяйте высокотемпературные уплотнения штока. Используйте гидравлическое масло, подходящее для ваших условий эксплуатации, чтобы сохранить смазывающую способность.

Тонкости сборки уплотнений штока

Прижмите U-образное уплотнение к стенке канавки со стороны грязесъёмника. После первого нагружения давлением оно останется в этом положении на всё время работы.

Перед надеванием крышки слегка смажьте шток и направляющую. Не смазывайте уплотнения чрезмерно: масло, оставшееся между U-образным уплотнением и грязесъёмником, может просочиться наружу в первые часы работы, и это будет выглядеть как утечка.

Для нормальной работы уплотнений шероховатость поверхности штока должна быть Ra 0,40 мкм (16 микродюймов).

Утечка через уплотнение крышки

О-кольцо или опорное кольцо подрезано при сборке

Признаки. Небольшая часть О-кольца или опорного кольца выглядит «откушенной». Это самый распространённый вид повреждения разрезного опорного кольца.

Возможные причины. Опорное кольцо было «вспучено», и его концы не сидели полностью в канавке в момент, когда крышку соединяли с трубой цилиндра. Торчащие из канавки концы кольца были срезаны.

Устранение. Перед соединением крышки с трубой убедитесь, что О-кольцо и опорное кольцо плотно сидят в канавке крышки. Если опорное кольцо сидит неплотно, в некоторых случаях можно зафиксировать его монтажным клеем, чтобы концы не выходили за пределы канавки.

Комментарии. Резьбовую крышку вкручивайте осторожно, чтобы не защемить и не растянуть О-кольцо. Перед сборкой слегка смажьте маслом наружный диаметр уплотнений. Многие О-кольца для резьбовых крышек имеют синее покрытие из PTFE для снижения трения при сборке. О-кольцо резьбовой крышки часто срезается резьбой при разборке.

Выдавливание уплотнения крышки и/или опорного кольца

Признаки. При разборке обнаружены полоски материала, попавшие в зазор между крышкой и трубой цилиндра. Со стороны низкого давления О-кольца крышки отсутствует большое количество материала.

Возможные причины. Обычно уплотнение крышки выдавливается из-за слишком высокого давления масла. Так же оно выдавливается, если расточка трубы слишком велика или диаметр крышки за уплотнением слишком мал (большой зазор). Часть таких отказов на цилиндрах с болтовой крышкой связана с растяжением болтов крепления крышки. Цилиндры с резьбовой крышкой выходили из строя из-за расширения трубы при очень высоком давлении.

Устранение. Если выдавливается опорное кольцо, используйте кольцо из более твёрдого материала. Возможно, потребуется снизить давление, действующее на уплотнение крышки. После сборки цилиндра всегда затягивайте резьбовую крышку с предписанным моментом.

Перетечки через уплотнения поршня

Дизелирование

Признаки. Цилиндр быстро дрейфует. Температура масла повышена из-за протекания масла через малые зазоры под высоким давлением: корпус цилиндра горячее питающих шлангов. Уплотнительное кольцо поршня или резиновое расширительное кольцо изъедено в виде узора, похожего на отпечаток пальца. Область вокруг эрозии почернела и иногда пахнет гарью.

Возможные причины. Дизелирование происходит, когда в гидравлическом масле присутствуют пузырьки воздуха или других газов, насыщенные парами масла. При быстром сжатии пузырьков газ воспламеняется от адиабатического нагрева. Микровзрывы разрушают соседние детали, особенно неметаллические.

Устранение. После вскрытия гидросистемы, до начала работы, удалите из системы воздух и другие захваченные газы. Перед тяжёлой работой несколько раз выдвиньте и втяните штоки цилиндров, чтобы выгнать воздух в гидробак.

Взрывная декомпрессия

Признаки. Цилиндр сильно дрейфует. В резиновом расширительном кольце отсутствуют большие куски материала. Запаха гари и повреждений уплотнительного кольца нет.

Возможные причины. Взрывная декомпрессия (ED) возникает, когда газы, проникшие в поверхностный слой резинового расширительного кольца, внезапно расширяются при очень быстром падении давления масла или при резком снятии с цилиндра внешней нагрузки. Быстрое расширение внедрившегося пузырька газа вырывает кусок материала из кольца. По мере накопления таких повреждений кольцо перестаёт работать.

Устранение. После разборки гидроцилиндра, до начала работы, удалите из системы воздух и другие захваченные газы. Перед тяжёлой работой несколько раз выдвиньте и втяните штоки цилиндров, чтобы вернуть воздух в бак. Подробный порядок приведён в инструкции по снятию и установке цилиндра для конкретной модели. Применяйте уплотнения поршня, устойчивые к дизелированию: их резина имеет пониженную проницаемость для газов, содержащихся в масле. Используйте защитные кольца уплотнения поршня: они уменьшают площадь расширительного кольца, контактирующую с маслом, и тем самым количество проникающего в резину газа.

Комментарии. ED и дизелирование очень похожи, и основная причина у них одна — воздух в гидросистеме.

Царапины на уплотнении поршня

Признаки. Цилиндр слегка дрейфует. На разрезном пластиковом уплотнительном кольце — глубокие осевые царапины по всей ширине кольца.

Возможные причины. Повреждено зеркало цилиндра. Загрязнено масло.

Устранение. Если причина — повреждённое зеркало цилиндра, его нужно слегка отхонинговать или расточить, чтобы убрать повреждённые участки; следуйте рекомендациям инструкции SEBF8072. Если причина — загрязнение масла, при сборке гидроцилиндра тщательно промойте все компоненты.

Дополнительно

Не подвергайте цилиндр сильному нагреву (например, при сварке) с установленными уплотнениями или во время их установки: тепло может оплавить и повредить уплотнения.

Сильные скачки давления повреждают уплотнения штока. При давлении выше 24 МПа (3500 psi) уплотнения из PTFE служат меньше полиуретановых. Любое повышение рабочего давления в гидроцилиндре сокращает срок службы уплотнений штока.

Опорная втулка крышки должна пружинить, сидя в канавке. Опорная втулка поршня должна плотно охватывать поршень, иначе детали повредятся при надевании крышки на шток и при вводе поршня в цилиндр.

Если расточка цилиндра увеличена на 0,25 мм (0,010 дюйма) относительно номинала, используйте уплотнения и опорные втулки поршня ремонтного размера.

Советы по сборке

При сборке цилиндра правильно затяните гайку поршня. Если гайка или болты не затянуты как положено, цилиндр будет дрейфовать из-за утечки между поршнем и сопрягаемой поверхностью штока.

Ступенчатый разрез уплотнительного кольца поршня перед вводом поршня в цилиндр может быть слегка приоткрыт: после соединения деталей зазор полностью закроется.

Если проверка цилиндра показывает внутренние перетечки, проверните шток за проушину, медленно перемещая поршень по цилиндру, чтобы уплотнение поршня село в канавку.

Лёгкая шлифовка уплотнительного кольца поршня по окружности мелкозернистой наждачной бумагой помогает завести кольцо в цилиндр.