История применения уплотнений для внедорожной техники
Производители внедорожной техники занимаются созданием транспортных средств, способных покидать дорожное покрытие или вообще никогда на нём не находиться, включая строительные, горнодобывающие и другие транспортные средства большой грузоподъемности. Они часто оснащены большими шинами, высокоэффективной подвеской, гидравликой и гусеницами и всё это создаёт проблемы в области уплотнительных решений.
Производители внедорожной техники занимается созданием транспортных средств, способных покидать дорожное покрытие или вообще никогда на нём не находиться, включая строительные, горнодобывающие и другие транспортные средства большой грузоподъемности. Они часто оснащены большими шинами, высокоэффективной подвеской, гидравликой и гусеницами и всё это создаёт проблемы в области уплотнительных решений.
История вопроса
Чтобы полностью понять историю применения уплотнений на рынке внедорожных транспортных средств, нам необходимо углубиться в историю гидравлики. Все гидравлические системы основаны на оригинальных принципах Паскаля (Blaise Pascal, 1623−1662), математика и изобретателя французского происхождения.
Опираясь на этот фундамент, Томас Сэвери изобрёл паровую насосную машину в 1699 году, которая забирала воду из скважины с помощью вакуума. Оригинальная машина была несколько неэффективна и могла извлекать воду только с небольшой глубины. Усовершенствования были внесены Томасом Ньюкоменом и с готовностью использовались в ранней горнодобывающей промышленности для обезвоживания участков.
Перенесемся примерно на 100 лет вперед, и первый зарегистрированный патент на гидравлический пресс был подан в 1795 году английским изобретателем Джозефом Брамой. Этот первый пресс состоял из двух цилиндров разного диаметра, соединенных водой в герметичной камере. При приложении усилия к меньшему из двух поршней вторичный поршень смещался, но с гораздо большим усилием. Где-то в истории этих и других машин заложено использование уплотнений. Для создания давления или вакуума требуется уплотнение в его простейшей форме.
История вопроса
Чтобы полностью понять историю применения уплотнений на рынке внедорожных транспортных средств, нам необходимо углубиться в историю гидравлики. Все гидравлические системы основаны на оригинальных принципах Паскаля (Blaise Pascal, 1623−1662), математика и изобретателя французского происхождения.
Опираясь на этот фундамент, Томас Сэвери изобрёл паровую насосную машину в 1699 году, которая забирала воду из скважины с помощью вакуума. Оригинальная машина была несколько неэффективна и могла извлекать воду только с небольшой глубины. Усовершенствования были внесены Томасом Ньюкоменом и с готовностью использовались в ранней горнодобывающей промышленности для обезвоживания участков.
Перенесемся примерно на 100 лет вперед, и первый зарегистрированный патент на гидравлический пресс был подан в 1795 году английским изобретателем Джозефом Брамой. Этот первый пресс состоял из двух цилиндров разного диаметра, соединенных водой в герметичной камере. При приложении усилия к меньшему из двух поршней вторичный поршень смещался, но с гораздо большим усилием. Где-то в истории этих и других машин заложено использование уплотнений. Для создания давления или вакуума требуется уплотнение в его простейшей форме.
Первые уплотнения
Эти ранние уплотнения, скорее всего, представляли собой джут, коноплю или другие натуральные волокнистые материалы, которые использовались для заполнения зазоров между динамическими и статическими компонентами, такими как скользящий поршень. Ранние изделия часто пропитывались смолой, воском, жиром или другими материалами, чтобы увеличить эффективность и срок службы.
«Сальниковая коробка» была ранним термином для обозначения того, что сейчас называется уплотнительным сальником. Эти оригинальные сальники обычно имели относительно большую осевую длину, а также большой диаметр по отношению к штоку или поршню. Это было сделано для того, чтобы приспособить различные поперечные сечения канатного уплотнительного материала, который был «набит» в эту закрытую зону. Весь узел был сжат в осевом направлении механическим способом для передачи энергии на уплотнительные материалы и удержания гидравлической среды. Утечка допускалась до определённого уровня, и в случае с ранними материалами это было необходимо для обеспечения смазки на границе раздела уплотнений.
Подобно набивным коробкам, набивки из сыромятной кожи занимали место в ранних машинах. Насадки для колодезных чашек обычно использовались в ручных водяных насосах и имели простое поперечное сечение в форме буквы «L». Другими применяемыми материалами были U-образные формы, фланцевые уплотнения и опорные кольца. V-образные набивки, скорее всего, возникли и заняли место веревки в набивках сальниковых коробок. Также используемые в регулируемых канавках, они обеспечивают повышенную износостойкость и более длительный срок службы в некоторых областях применения.
Хотя большинство из этих ранних материалов всё ещё доступны сегодня, они уступили место синтетике. Распространенными примерами являются канаты из стекловолокна, кевлара и керамического волокна, которые также могут быть наполнены различными материалами, такими как ПТФЭ, углеродное волокно и графит, для обеспечения дополнительных противоизносных свойств и низкого трения.
Первые уплотнения
Эти ранние уплотнения, скорее всего, представляли собой джут, коноплю или другие натуральные волокнистые материалы, которые использовались для заполнения зазоров между динамическими и статическими компонентами, такими как скользящий поршень. Ранние изделия часто пропитывались смолой, воском, жиром или другими материалами, чтобы увеличить эффективность и срок службы.
«Сальниковая коробка» была ранним термином для обозначения того, что сейчас называется уплотнительным сальником. Эти оригинальные сальники обычно имели относительно большую осевую длину, а также большой диаметр по отношению к штоку или поршню. Это было сделано для того, чтобы приспособить различные поперечные сечения канатного уплотнительного материала, который был «набит» в эту закрытую зону. Весь узел был сжат в осевом направлении механическим способом для передачи энергии на уплотнительные материалы и удержания гидравлической среды. Утечка допускалась до определённого уровня, и в случае с ранними материалами это было необходимо для обеспечения смазки на границе раздела уплотнений.
Подобно набивным коробкам, набивки из сыромятной кожи занимали место в ранних машинах. Насадки для колодезных чашек обычно использовались в ручных водяных насосах и имели простое поперечное сечение в форме буквы «L». Другими применяемыми материалами были U-образные формы, фланцевые уплотнения и опорные кольца. V-образные набивки, скорее всего, возникли и заняли место веревки в набивках сальниковых коробок. Также используемые в регулируемых канавках, они обеспечивают повышенную износостойкость и более длительный срок службы в некоторых областях применения.
Хотя большинство из этих ранних материалов всё ещё доступны сегодня, они уступили место синтетике. Распространенными примерами являются канаты из стекловолокна, кевлара и керамического волокна, которые также могут быть наполнены различными материалами, такими как ПТФЭ, углеродное волокно и графит, для обеспечения дополнительных противоизносных свойств и низкого трения.
Современная техника
Вышеупомянутые уплотнения и способы их применения соответствовали гораздо меньшим давлениям и скоростям, чем те, которые используются в современном оборудовании. Стационарные машины, в конечном счёте, проложили путь мобильным элементам оборудования, первоначально в виде паровых тяговых двигателей и поездов.
Механизация сельскохозяйственного оборудования в первые дни в основном состояла из орудий с механическим или ручным управлением. С появлением оборудования, работающего на бензине и дизельном топливе, а также современных гидравлических систем потребовались более качественные уплотнительные материалы для более высоких давлений и скоростей.
Современная техника
Вышеупомянутые уплотнения и способы их применения соответствовали гораздо меньшим давлениям и скоростям, чем те, которые используются в современном оборудовании. Стационарные машины, в конечном счёте, проложили путь мобильным элементам оборудования, первоначально в виде паровых тяговых двигателей и поездов.
Механизация сельскохозяйственного оборудования в первые дни в основном состояла из орудий с механическим или ручным управлением. С появлением оборудования, работающего на бензине и дизельном топливе, а также современных гидравлических систем потребовались более качественные уплотнительные материалы для более высоких давлений и скоростей.
Рынок сегодня
В современном промышленном оборудовании и оборудовании для бездорожья в основном используются уплотнения из ПТФЭ, резины и полиуретана. В то время как многие другие материалы могут быть использованы в различных и специальных областях применения, эти три составляют основные типы.
Итак, что же дальше? Давление и скорость по-прежнему будут вызывать озабоченность, но более важными факторами будут энергопотребление, эффективность и «зеленые» жидкости. Снижение энергопотребления и повышение эффективности находятся на переднем крае большинства отраслей промышленности. Поскольку популярность альтернативных жидкостей продолжает расти, необходимо будет доказать их смазывающую способность и совместимость.
Рынок сегодня
В современном промышленном оборудовании и оборудовании для бездорожья в основном используются уплотнения из ПТФЭ, резины и полиуретана. В то время как многие другие материалы могут быть использованы в различных и специальных областях применения, эти три составляют основные типы.
Итак, что же дальше? Давление и скорость по-прежнему будут вызывать озабоченность, но более важными факторами будут энергопотребление, эффективность и «зеленые» жидкости. Снижение энергопотребления и повышение эффективности находятся на переднем крае большинства отраслей промышленности. Поскольку популярность альтернативных жидкостей продолжает расти, необходимо будет доказать их смазывающую способность и совместимость.
ПТФЭ и полиуретан
Рой Планкетт изобрёл политетрафторэтилен (PTFE) в 1938 году. Ранние области применения включали покрытия для промышленной посуды и некоторых видов кухонной утвари.
По мере увеличения давления и скорости работы гидравлического оборудования возникла необходимость в создании уплотнительной поверхности с низким коэффициентом трения. PTFE идеально подходил для данного применения и обеспечивал защиту уплотнительного кольца.
Примерно в то же время в истории Отто Байер и его коллеги выпустили первые полиуретаны. Полученный материал обрёл популярность во всём мире. Уплотнительные материалы не использовались вплоть до 1970-х, затем пришли на замену кожи и резины.
ПТФЭ и полиуретан
Рой Планкетт изобрёл политетрафторэтилен (PTFE) в 1938 году. Ранние области применения включали покрытия для промышленной посуды и некоторых видов кухонной утвари.
По мере увеличения давления и скорости работы гидравлического оборудования возникла необходимость в создании уплотнительной поверхности с низким коэффициентом трения. PTFE идеально подходил для данного применения и обеспечивал защиту уплотнительного кольца.
Примерно в то же время в истории Отто Байер и его коллеги выпустили первые полиуретаны. Полученный материал обрёл популярность во всём мире. Уплотнительные материалы не использовались вплоть до 1970-х, затем пришли на замену кожи и резины.
Кольца круглого сечения (o-rings)
Первый патент на уплотнительное кольцо был подан 12 мая 1896 шведским изобретателем Й. О. Лундбергом. Этот продукт произвёл революцию в технологии герметизации. Упрощённое поперечное сечение и область применения изделия позволили широко использовать его во многих отраслях промышленности. В последующие годы этот продукт использовался в конструкции военных транспортных средств и самолетов.
Кольца круглого сечения (o-rings)
Первый патент на уплотнительное кольцо был подан 12 мая 1896 шведским изобретателем Й. О. Лундбергом. Этот продукт произвёл революцию в технологии герметизации. Упрощённое поперечное сечение и область применения изделия позволили широко использовать его во многих отраслях промышленности. В последующие годы этот продукт использовался в конструкции военных транспортных средств и самолетов.
Интересные факты о внедорожной технике
- Производители колёс использовали полосы железа, чтобы связать сегменты колеса вместе, когда они сжимались вокруг колеса. Слово «шина» (tier) происходит от этого процесса «обвязки» (tying).
- Добавив серу в латекс, Чарльз Гудиер открыл вулканизацию в 1839 году. Это предотвратило резкое воздействие тепла и холода на резину, одновременно повысив эластичность и прочность.
- Гидравлические системы не вырабатывают энергию — она либо преобразуется в работу, либо теряется в виде тепла. Сложные гидравлические системы используют физические законы, создавая огромные усилия.
- Одна из первых разработок внедорожных транспортных средств была трэк Kégresse (своего рода резиновая или брезентовая дорожка), разработанный для царя Николай II, с гусеничным ходом, который можно было прикрепить к традиционному транспортному средству. Позже та же система была использована на автомобилях Citroën и военной технике.
- Белаз 75 710 — самый большой самосвал в мире, способный перевозить до 450 тонн. Он оснащен восемью шинами и имеет размеры 20 метров в длину, 10 метров в ширину и восемь метров в высоту. Liebherr T282 B — ещё один огромный грузовик, приводимый в движение дизельным двигателем мощностью 3650 лошадиных сил. После 60 000 часов работы автомобиль израсходует примерно 2 миллиона литров топлива. Некоторым из этих грузовиков даже не нужен водитель, ими можно управлять дистанционно!
- Роторный экскаватор Bagger 288 весит около 13 500 тонн — это самый большой экскаватор в своем роде.
Автор: Максим Ионов
Менеджер по развитию партнеров
ООО "ЭКСПЕРТСИЛ"
Автор: Максим Ионов
Менеджер по развитию партнеров
ООО "ЭКСПЕРТСИЛ"