液压支架换向阀阀芯密封座结构优化

　　1 阀芯密封座的密封结构

　　目前市场上．常见的换向阀阀芯密封副大致可分为2种：(1)硬密封；(2)软密封。现在分析的是软密封结构，见图1。

　　图1 换向阀阀芯密封结构

　　1．阀套2．阀芯3．O形罔4．PEEK密封座

　　锥形密封根据其结构简单、制造要求不苛刻、密封性能好等优点已得到广泛应用．我公司产品采用的是不锈钢锥形密封阀芯．而密封座则用PEEK高温聚合塑料制造 尽管钢材或铜合金的机械性能f如强度，表面硬度)远比PEEK高，制作成阀座也不难，但对其与阀芯相接触(构成密封1的表面要求很高．而且安装要求f同轴度等1与对介质的要求都较严格．否则密封失效，甚至无法修复。PEEK的机械性能虽然差．但只要合理利用其特性又能限制其在压力状态下的变形。是可以制作阀座的．实践证明也可行 在阀芯阀口与阀座间的接触密封时．尽管密封副的加工公差(跳动度等)和表面粗糙度很高，但在锥面的接触过程中． 由于密封副的加工问题和PEEK密封座的变形．并不是面接触密封而是线接触密封．锥形密封结构加工过程中．要控制阀芯锥面角度为上偏差．阀座锥面角度为下偏差，这样能够提高锥形密封副的接触密封性。

　　2 密封座的有限元分析

　　在工作过程中．阀芯与密封座频繁接触．虽然在静态条件下密封座受到液压力与阀芯的作用力没有明显损伤．但由于该作用力往往具有周期性．可能会引起疲劳破坏．进而造成密封的不可靠甚至导致密封完全失效。因此，当锥面密封结构被应用于重要的密封场合．则有必要对应力分布以及密封可靠性进行可靠分析 本文利用有限元软件ANSYS对阀座密封结构进行了分析．采用APDL参数化建模的方法．应用Solid45单元。对实体进行网格划分．如图2所示。

　　密封座所用材料为PEEK高温聚合塑料．23℃时的拉伸弹性模量E=4．4 MPa，密度p=1 320 kg／m3，屈服强度[σ]=110 MPa。对于该类近似不可压缩的非线性材料．对其性质进行描述很困难．而由Rivlin推导出的应变能函数模型Mooney-Rivlin模型是有限元分析中较为常用的分析此类非线性材料的模型该模型假设材料各向同性并且按应变为不变量进行表示．即

　　式中 W—— 应变能函数：

　　C10o、C01—— 材料常数；

　　d—— 材料不可压缩参数：

　　I1、I2、I3 一应力张量的第1、第2、第3不变量。

　　有了应变能密度函数 就可以通过力学推导得出Kirchh0f应力张量和Green应变张量间的关系：

　　在建立的有限元分析模型基础上施加约束与初始压力得到的有限元分析结果．如图3所示。