Gioăng làm kín nước của bộ chuyển đổi trục khuỷu bị mòn quá nhanh? Không chỉ do thiếu dầu — Hãy kiểm tra lượng nước.

Khi gioăng làm kín nước của khớp nối trục bị hỏng sớm — bề mặt làm kín bị xước, mép gioăng bị rách, nước rò rỉ vào những nơi không nên có — chẩn đoán ban đầu luôn giống nhau: không đủ chất bôi trơn. Tăng lượng dầu bôi trơn. Chuyển sang loại dầu đặc hơn. Rút ngắn chu kỳ bôi trơn. Và đôi khi điều đó có hiệu quả. Nhưng nếu gioăng tiếp tục bị hỏng, và bề mặt làm kín của khớp nối trục tiếp tục bị mòn, bạn đang điều trị triệu chứng trong khi nguyên nhân gốc rễ đang chảy qua ống dẫn ở áp suất 5 bar.

Nước xả dùng để làm mát mũi khoan và làm sạch các mảnh vụn cũng chính là nguyên nhân hàng đầu gây ra hỏng gioăng làm kín nước ở bộ phận nối trục – không phải vì lượng nước nhiều hay ít, mà là vì thành phần của nước đó.

Hiệu ứng phun cát mà bạn không thể nhìn thấy

Đây là một hình ảnh dễ nhớ: mỗi khi gioăng nước hoạt động – bị nén khi chuyển động tiến, giãn ra khi chuyển động lùi – một lớp màng nước siêu nhỏ sẽ hiện diện giữa mép gioăng và bề mặt làm kín của khớp nối trục. Nếu nước sạch, lớp màng này sẽ hoạt động như chất bôi trơn và chất làm mát. Nếu nước đó chứa các chất rắn lơ lửng – bùn, cát mịn, các hạt gỉ sét, tinh thể khoáng chất – thì mỗi chu kỳ hoạt động đều là một quá trình mài mòn vi mô.

Cơ chế này hoàn toàn giống với phun cát, chỉ khác ở quy mô nhỏ hơn. Các hạt rắn bị giữ lại trong màng nước bị đẩy vào mép gioăng và bề mặt kim loại bởi áp suất của hệ thống xả – thường là 5 đến 6 bar trong máy khoan khí nén, cao hơn trong hệ thống thủy lực. Mỗi lần va chạm của hạt sẽ loại bỏ một lượng vật liệu cực nhỏ. Qua hàng nghìn chu kỳ mỗi phút, những sự loại bỏ vật liệu cực nhỏ đó tích tụ lại tạo thành các rãnh có thể nhìn thấy trên bề mặt làm kín của bộ chuyển đổi trục và làm mòn mép gioăng.

Trường hợp xấu nhất xảy ra khi áp suất nước vượt quá mức tối đa được khuyến nghị. Áp suất cao hơn sẽ đẩy các hạt bụi bẩn mạnh hơn vào bề mặt, và vận tốc cao hơn của tia nước phun qua khe hẹp giữa gioăng và trục tạo ra hiệu ứng Venturi, thực tế lại hút thêm nhiều hạt bụi bẩn vào khe hở. Đó là một chu kỳ mài mòn tự củng cố có thể phá hủy gioăng và làm xước khớp nối trục chỉ trong một ca làm việc.

Giải pháp bắt đầu từ nguồn nước. Lắp đặt hệ thống lọc – bộ lọc nhiều tầng với lưới lọc thô để loại bỏ cát và sạn, tiếp theo là lưới lọc mịn để loại bỏ bùn. Kiểm tra áp suất chênh lệch của bộ lọc mỗi ca làm việc. Bộ lọc sạch sẽ cho thấy áp suất chênh lệch gần bằng không. Bộ lọc hoạt động tốt sẽ cho thấy áp suất chênh lệch tăng dần khi nó giữ lại các hạt. Thay thế hoặc làm sạch bộ lọc trước khi nó bị quá tải đến mức không thể lọc tiếp.

Nếu nguồn nước của bạn là nước ngầm từ tầng chứa nước đá vôi hoặc đá cứng, các khoáng chất hòa tan cũng là một yếu tố cần xem xét. Canxi và magie cacbonat kết tủa khỏi dung dịch ở nhiệt độ và áp suất cao bên trong máy khoan, tạo thành một lớp cặn tinh thể cứng hơn vật liệu làm kín. Các tinh thể này bám vào mép làm kín và hoạt động như các dụng cụ cắt gọt bề mặt khớp nối trục. Trong trường hợp nghiêm trọng, có thể cần làm mềm nước hoặc xử lý hóa học.

Con dấu quá cứng nhắc đến mức gây hại cho chính nó

Không phải tất cả các loại gioăng làm kín nước đều giống nhau. Vật liệu làm gioăng — thường là nitrile, polyurethane hoặc chất đàn hồi fluorocarbon — cần phải phù hợp với điều kiện hoạt động. Gioăng quá cứng so với ứng dụng sẽ giữ nguyên hình dạng nhưng không bám sát bề mặt trục, tạo ra các vùng áp suất tiếp xúc cao gây xước kim loại. Gioăng quá mềm sẽ bám sát tốt nhưng lại nhanh bị mài mòn.

Lỗi thường gặp nhất là gioăng có độ cứng cao hơn so với thông số kỹ thuật — thường là phụ tùng thay thế được lựa chọn vì độ bền mà không hiểu rằng độ cứng và độ dẻo dai có mối quan hệ nghịch đảo với nhau. Gioăng quá cứng không tự mòn nhanh, nhưng nó sẽ làm mòn bề mặt làm kín của khớp nối. Và khớp nối có bề mặt làm kín bị xước sẽ làm hỏng mọi gioăng tiếp theo bạn lắp vào, bất kể chất lượng ra sao.

Độ cứng của gioăng phải phù hợp với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Nếu nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) yêu cầu gioăng nitrile có độ cứng Shore A 70, đừng thay thế bằng gioăng Shore A 90 với suy nghĩ nó sẽ bền hơn. Điều đó không đúng. Nó chỉ làm chuyển sự mài mòn từ gioăng (vốn rẻ tiền) sang khớp nối trục (vốn đắt đỏ hơn).

Lắp đặt: Những sai lầm làm giảm tuổi thọ gioăng

Một vòng đệm nước được lắp đặt lệch – thậm chí chỉ hơi lệch – sẽ bị mòn không đều ngay từ chu kỳ đầu tiên. Mặt cao của mép vòng đệm chịu áp lực tiếp xúc quá mức và bị mòn nhanh chóng. Mặt thấp hơn mất tiếp xúc với trục và cho phép nước chảy qua, làm cho khe hở ngày càng lớn hơn sau mỗi lần hoạt động. Chỉ trong vài giờ, vòng đệm đã tạo ra một rãnh cho nước chảy qua, và bề mặt của bộ chuyển đổi trục sẽ có một vết mòn tương ứng.

Cách khắc phục là lắp đặt đúng cách: làm sạch kỹ rãnh gioăng trước khi lắp gioăng mới — bất kỳ mảnh vụn nào còn sót lại trong rãnh sẽ làm gioăng bị nghiêng. Sử dụng dụng cụ lắp đặt hoặc ống dẫn hướng thích hợp để ấn gioăng vào thẳng, không bị lệch. Kiểm tra độ nén trước — lượng gioăng bị ép khi lắp đặt. Nếu quá ít, gioăng sẽ không giữ được tiếp xúc. Nếu quá nhiều, mép gioăng sẽ quá nóng do ma sát quá mức.

Cũng cần kiểm tra phần dẫn hướng của bộ chuyển đổi trục – phần của bộ chuyển đổi chạy xuyên qua lỗ gioăng. Nếu phần dẫn hướng bị mòn không đúng kích thước hoặc bị méo, ngay cả gioăng được lắp đặt hoàn hảo cũng không thể duy trì tiếp xúc đồng đều. Bộ chuyển đổi sẽ hơi lung lay sau mỗi cú đánh, làm cho khe hở gioăng đóng mở theo chu kỳ, và nước sẽ bơm qua.

Bôi trơn: Điều kiện cần thiết nhưng chưa đủ

Việc bôi trơn rất quan trọng — lớp dầu giữa mép gioăng và bề mặt khớp nối trục là tuyến phòng thủ cuối cùng chống lại sự mài mòn. Nhưng đó chỉ là tuyến cuối cùng, chứ không phải tuyến đầu tiên. Nếu nước bẩn, lượng dầu bôi trơn không thể ngăn ngừa hư hại do ma sát. Nếu gioăng quá cứng, dầu cũng không thể bù đắp cho khả năng thích ứng kém.

Tuy nhiên, vẫn có những sai lầm trong việc bôi trơn cần tránh: độ nhớt dầu quá thấp để duy trì lớp màng ở nhiệt độ hoạt động, lượng dầu quá ít để không đủ đến bề mặt gioăng một cách nhất quán, và khoảng thời gian bôi trơn quá dài để bổ sung lớp màng giữa các chu kỳ. Thông số kỹ thuật bôi trơn của nhà sản xuất tồn tại vì một lý do, và việc sai lệch so với thông số đó — thường là theo hướng sử dụng ít dầu hơn để tiết kiệm tiền — sẽ gây tốn kém hơn nhiều về các bộ chuyển đổi trục và gioăng so với số tiền tiết kiệm được từ chất bôi trơn.