液压伺服缸运动过程中密封性能的研究,对于提高液压缸的精度有着极为重要的意义,本文将Y形密封圈作为研究对象,运用Ansys软件中的静力学分析模块,并以二项参数的Mooney-Rivlin模型对Y型密封圈的动态工作环境进行模拟与计算分析,探讨能对Y形密封圈密封性能产生影响的各种因素,研究了密封圈内外唇高度差和唇厚度对密封圈密封性能的影响。结果表明:在不考虑温度影响,以及摩擦系数和初始压缩率一定的情况下,适当增加内外唇高度差,可以提高密封圈的密封性能;增大Y形密封圈唇厚度或摩擦系数时,密封圈最大Von Mises应力会变大,从而导致密封圈寿命变短。

通过有限元软件ANSYS建立橡胶O形圈与安装沟槽的二维轴对称模型,计算不同IRHD硬度和压缩率O形圈的最大接触压力,借助数学软件拟合得到O形圈最大接触压力、IRHD硬度和压缩率之间的函数关系及等高线。该函数关系适用于大部分O形圈相关的设计和评估。

文中采用Ansys Workbench有限元软件建立了800 kV盆式绝缘子O形密封圈轴对称分析模型,对盆式绝缘子与罐体法兰在装配和充入气体过程中O形密封圈的变形和受力情况进行了分析研究。分析计算了O形圈压缩率、气体压力载荷对接触面最大接触压力和槽口最大剪切应力的影响,同时得到了不同压缩率和载荷下的应力应变云图。计算结果表明:密封圈压缩率介于16%~19%,气体压力载荷不大于3 MPa时,800kV GIS盆式绝缘子O形密封圈能起到较好的密封效果。通过对密封结构的有限元分析,为密封件的设计、安装、优化、可靠性分析提供了重要的参考价值。

当密封结构存有尺寸偏差时,O形圈的压缩率会随之变化,公称尺寸对应压缩率下的接触压力分布已无法作为衡量此刻密封结构密封性能优劣的参考指标。为研究结构尺寸偏差对密封性能产生的影响,在构建力学仿真模型的基础上,采用控制变量法重点分析O形圈接触压力分布随密封结构尺寸偏差变化的规律;以最大接触压力为控制参量,通过不同尺寸组合的力学仿真分析,获取使最大接触压力呈现出最小状况的最劣尺寸组合;根据不同距离下挡板与沟槽的配合,以泄漏率为评判指标,通过不同配合间隙下O形圈密封性能的对比以分析运行过程中振动对挡板与沟槽配合的影响,从而为O形圈装配组合方式的选择和密封面接触情况的研究奠定了基础。

橡胶O形圈在高温受压的环境下易发生老化并产生泄漏,而最大接触压力和永久压缩变形不足以判定密封系统的密封性能。为了更加精准研究橡胶O形圈在高温受压情况下的老化对密封性能的影响,通过实验获取橡胶O形圈老化后的泄漏率和性能数据,构建有限元仿真模型,获取不同老化时间下的密封面接触压力,结合流固耦合模型计算出理论泄漏率。通过对比不同老化时间后的橡胶O形圈的实验泄漏率和密封面接触压力评估其密封性能。对比数值模型得到的结果和实验结果,发现理论模型与实际情况一致性较好,验证了该理论模型可为橡胶O形圈的老化行为分析、预测提供指导。

以某大采高液压支架立柱组合蕾形密封圈为研究对象,采用有限元法分析唇内、外倾角和唇谷高等结构参数对组合蕾形密封圈静密封性能的影响,同时研究油压压力、密封间隙、立柱活塞速度、摩擦因数对密封圈动密封性能的影响。结果表明:一定取值范围内,唇内、外倾角和唇谷高越大,静密封性能越好;油压越大、密封间隙越小,动密封性能越好;摩擦因数越大,外行程时动密封性能越好,内行程时则相反;活塞运动速度对动密封性能影响较小。为保证该组合蕾形密封圈具有良好的综合密封性能,各参数优化取值范围为:唇外倾角20°~30°,唇内倾角20°~35°,唇谷高度12.2~13.2 mm,摩擦因数小于等于0.1,密封间隙0.1~0.3 mm,油压不超过50 MPa。

稳定器在石油钻井中对井眼轨迹的控制具有重大作用，它的正常运行要求其内部的Y形橡胶密封圈对液压油进行有效地密封。通过建立稳定器中Y形密封圈的非线性有限元分析模型，对唇外径分别为70mm和115mm两种类型的Y形密封圈进行了分析，得到唇外径为70mm及115mm的两种密封圈其临界工作压力分别为14．69MPa和15．53MPa。最后通过等效VonMises应力对所得临界工作压力进行校核，结果表明通过最大接触压力判据所得数值是正确的。所得研究成果可对控制稳定器Y形密封圈密封失效提供理论依据，为提高稳定器的可靠性从而提高石油钻探效率提供指导。