Резиновые кольцевые уплотнители (РКУ) (рис. 1) широко применяются для герметизации неподвижных и подвижных соединений деталей трубопроводной арматуры и управляющих ею гидро- и пневмоприводов. РКУ отличаются от манжетных и прокладочных уплотнителей простотой формы, компактностью и уменьшенной себестоимостью.
Наибольшее распространение получили РКУ круглого поперечного сечения по ГОСТ 9833-73. Они, как и плоскоторцовые РКУ, обычно изготавливаются путём формообразования и вулканизации шнуровых заготовок из сырой резиновой смеси в компрессионных пресс-формах (ПФ) по ГОСТ 23165-78. В таких ПФ (рис. 2) формующая РКУ полость образована примыкающими друг к другу двумя канавками, расположенными в матрице и пуансоне. Для обеспечения минимального несовпадения кромок этих канавок, определяющих погрешности формы и размеров поперечного сечения РКУ, пуансон центрируется относительно матрицы с помощью конических или цилиндрических направляющих поверхностей на этих или вспомогательных деталях.
В более производительных многоместных ПФ (рис. 3) обеспечить минимальное несовпадение кромок ещё сложнее из-за увеличения размерных цепей, связывающих их взаимное положение.
Несовпадение кромок формующих канавок и наличие на них радиусов скругления приводит к образованию на РКУ облойных выступов и впадин, которые в случае попадания в зону герметичных контактов РКУ, снижают их герметичность, а при подвижности контактов ещё и загрязняют их частицами износа. Зачистка облоя на РКУ весьма трудоёмкая операция, повышающая их себестоимость, поэтому в РКУ для подвижных соединений его выводят из зоны контакта путём использования более сложных ПФ, в которых формообразующие канавки расположены на конических поверхностях (рис. 4).
Наличие двух формообразующих канавок в ПФ, допуски на глубину которых совместно с их несоосностью суммируются в размерах поперечного сечения РКУ, не позволяет изготавливать РКУ с высокой точностью, необходимой для их надёжной и длительной работы и повышения компактности гермосоединений. Присутствие между матрицей и пуансоном центрирующих поверхностей благодаря их взаимному трению и износу при смыкании этих частей ПФ является главной причиной отказов в работе ПФ, сокращающих ресурс их работы. Повысить точность изготовления РКУ позволяют плоскопуансонные ПФ (ППФ) (рис. 5), в которых формующая полость расположена лишь в матрице, а пуансон контактирует с ней плоской поверхностью.
В ППФ все размеры РКУ определяются только матрицей, поэтому допуски на размеры поперечных сечений существенно снижаются. Размеры облойных выступов также уменьшаются, т. к. они образуются только за счёт наличия скруглений на кромках канавки матрицы, а радиальные смещения пуансона относительно матрицы не вызывают их роста. Малые размеры облойных выступов упрощают работу по их зачистке, а смещение их на край контактной поверхности существенно уменьшает их влияние на герметичность РКУ. Отсутствие требования точной центровки осей пуансона и матрицы в ППФ позволяет отказаться от центрирующих поверхностей и деталей, что многократно удешевляет одноместные и многоместные ППФ и повышает ресурс их работы. Простейшая плоская форма рабочих поверхностей пуансонов позволяет использовать их в комплекте с разнообразными матрицами.
Благодаря повышенной точности размеров полукруглые кольца, имеющие пониженную стоимость, можно устанавливать вместо колец круглого сечения в посадочные канавки по ГОСТ 9833-73. При этом сохраняются такие параметры, как минимальные степень сжатия и запас по объему канавки, определяющие герметичность и надежность уплотнения. Например, для колец круглого сечения по ГОСТ 9833-73 с поперечным диаметром 3-0,1 + 0,2 мм и заменяющих их полукруглых колец с поперечным сечением 3-0,1 мм × 3-0,1 мм минимальные размеры, определяющие степень их сжатия в посадочных местах равны 2,9 мм, а максимальные площади поперечного сечения также равны между собой и составляют 8 кв. мм. Плоскоторцовая форма полукруглых и трапецеидальных колец обеспечивает таким уплотнителям высокую стойкость к спиральному скручиванию, которая ранее достигалась в подвижных уплотнениях изменением круглой формы на овальную. Благодаря этому исключаются отказы подвижных уплотнений штоков гидро- и пневмоцилиндров из-за скручивания и разрыва при недостаточной смазке. Для штоков гидроцилиндров наиболее эффективны кольца трапецеидального сечения, в которых за счет оптимизации распределения контактного давления на скользящей по штоку поверхности обеспечивается насосный эффект, препятствующий гидродинамической утечке масла. Многолетняя практика применения в гидроцилиндрах разработки ЦНИИАГ подтвердила их эффективность.
Таким образом, плоскоторцовые кольцевые уплотнители являются перспективными элементами для трубопроводной арматуры и ее приводных устройств.
Кондаков, Л.А. Уплотнения и уплотнительная техника : справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер. – М. : Машиностроение, 1986. – С. 159. Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 2 (58) 2020
