液压支架立柱Y形密封圈的有限元分析

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1、HydraulicsPneumatics&Seals／No．O6．2013液压支架立柱Y形密封圈的有限元分析张唏．任丹丹(中国矿业大学(北京)，北京100083)摘要：为了在密封圈投入使用之前就可以了解它的性能，该文选取常用的聚氨酯Y形密封圈．利用有限元分析软件建立Y形密封圈的模型，模拟密封圈的工作环境。得出Y形圈在各种工作压力下的变形与受力情况，总结Y形圈的变形及受力规律．以及密封圈可能出现裂纹的位置。关键词：Y形密封圈；有限元分析；Von—Mises应力；接触应力中图分类号：TB42文献标识码：A文章编号：1008—0813(2013)06—0065—03FiniteElementAn

2、alysisofYSealPingforHydraulicSupportPostZHANGXi，RENDan—dan(ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing)，Beijing100083，China)Abstract：Inordertounderstanditsperformancebeforesealtingsputintousing，thisarticleselectsthecommonlyusedpolyurethaney-ring，EstablishesamodelofY-ringusingfiniteelementanalysis

3、softwareandsimulatessealringworkenvironment．ThedeformationandstressofY—ringindifferentoilpressurewereanalyzedbyusingfiniteelementanalysissoftware．SummarythedeformationandstresslawandthepossiblecrackpositionsofY—ring．Keywords：Ysealring；finiteelementanalysis；Von-Misesstress；contactstress0引言情况．通过得出的数

4、据来分析密封圈的应力和接触应力．从而为密封圈的设计和生产提供了依据液压支架是综采工作面的重要设备．它的安全性也尤为重要立柱千斤顶的密封性能在液压支架的使1有限元模型的建立用中占主要作用．它的主要失效方式就是漏液。漏液不本文选取了聚氨酯Y形密封圈．这种材料与橡胶仅污染了周围环境．还影响综采工作面的生产效率。给类似，都属于高弹性体，高弹性体材料是一种非线性材操作管理造成很多麻烦，严重时支架毁坏，产生危险。料，包括几何非线性、材料非线性和接触非线性。从Y造成漏液现象有很多原因．其中最主要的就是密封件形圈的模型特点以及受力特点，都是成轴对称的回．所以质量不行。液压系统中活塞、柱塞和活塞杆密封中都有

5、本文的有限元模型只选取Y形圈及沟槽的截面模型Y形圈的使用为了模拟Y形圈在实际工作中的情况．1．1几何模型、材料模型的建立一般内、外唇都有一定的过盈量。这样在装入沟槽中Y形圈在沟槽中被挤压．而聚氨酯材料和金属材料时．密封唇就会产生一定的预应力。达到密封的效果。的接触问题可以看成超弹性体和刚体之间的接触问当开始工作时．系统内部有压力，Y形圈被压缩。由于题。所以，密封圈的有限元分析实际上是对超弹性体进其特殊的形状．将产生圆周方向的变形，产生接触压行非线性接触分析建模时可以将缸体与沟槽设计成力。压力越大。Y形圈的变形和接触压力也越大，从而刚体．而密封圈设计成可变形体。建立的有限元模型如达到自密封效

6、果[”．本文根据设计手册选出一种Y形密图1所示封圈。一直以来，都是让密封圈进行工作，或者通过试验来检测它的性能。这样会浪费很多的时间、精力以及成本．而且效率低。为了在密封圈投入使用之前就可以了解它的性能．本文提出用软件来模拟密封圈的工作收稿日期：2013—01—04图1Y形圈的有限元模型作者简介：张唏(1966一)，男，河南焦作人，教授，博士，研究方向：矿山机械、流体传动与控制、测试计量技术与仪器。Y形圈有限元分析的材料选择聚氨酯材料，聚氨酯65液压气动与密~-#／2013年第06期材料的密度2xl0~t／mm3。对于这种高度非线性材料用Von—Mises应力分布如图4、图5所示。图4为低

7、压时的Mooney—Rivlin模型来描述，本文作如下假设：①密封圈Von—Mises应力分布。具有确定的弹性模量E和泊松比：②聚氨酯密封圈材表1加载时的各种压力(MPa)料拉伸与压缩的性质相同l3_；③密封圈的变形不引起体积的变化超弹性材料的应变能密度函数为：W=C10(，1-3)+Col(12-3)式中C0和厂—_Mooney_Rivlinn系数，均为正定常数。，l，第1、第2形变张量的应变不变量。可从实验获得的经验