孫 婧

(太原學(xué)院，山西 太原 030032)

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搬運(yùn)車升降臺(tái)密封分析

孫 婧

(太原學(xué)院，山西 太原 030032)

針對(duì)搬運(yùn)車升降臺(tái)使用過(guò)程中的油液泄漏問(wèn)題，使用ANSYS軟件建立仿真密封結(jié)構(gòu)模型，分析了密封圈的接觸應(yīng)力以及壓縮率、截面直徑對(duì)應(yīng)力變化的影響，結(jié)果表明：將現(xiàn)有壓縮率10%、截面直徑3.55 mm的密封圈改為壓縮率15%、截面直徑5.3 mm，接觸應(yīng)力增大、接觸長(zhǎng)度變大，密封性能提高。

搬運(yùn)車；密封；接觸應(yīng)力

搬運(yùn)車是貨物運(yùn)輸過(guò)程中主要的裝卸工具，在使用過(guò)程中搬升降臺(tái)處有油液泄漏，附著灰塵后形成大片油污，影響貨物的搬運(yùn)。本研究通過(guò)ANSYS有限元分析軟件，建立O型密封圈的仿真模型，分析密封圈的應(yīng)力，為升降臺(tái)密封性能的分析和密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提供理論參考。

1 仿真模型及假設(shè)

在ANSYS仿真過(guò)程中，將升降臺(tái)密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為二維軸對(duì)稱模型，密封圈及溝槽尺寸根據(jù)GB 3452.1-2005和密封手冊(cè)確定[1,2]，密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1. 經(jīng)過(guò)測(cè)量和計(jì)算，升降臺(tái)的O型密封圈截面直徑為3.55 mm，壓縮率為10%.

圖1 密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

橡膠密封圈為超彈性材料，密封圈的變形為高度非線性過(guò)程，在ANSYS 中可采用PLANE182單元進(jìn)行模擬。彈性模量E=6.9×109Pa，泊松比U=0.499 67，橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用2參數(shù)MOONEY模型，其中C10=2.5×106Pa、C01=1.1×106Pa[3,4].

根據(jù)ANSYS軟件的特點(diǎn)，模型中作出如下的假設(shè)[3-6]：

1) 橡膠具有確定的彈性模量和泊松比。

2) 密封圈的材料是均勻且連續(xù)的。

3) 忽略橡膠材料的應(yīng)力松弛特性和蠕變特性。

4) 鋼材彈性模量遠(yuǎn)大于橡膠，密封圈的接觸類型為剛-柔接觸。

5) 忽略溫度變化對(duì)密封的影響。

2 加載及計(jì)算

根據(jù)升降臺(tái)的實(shí)際情況，密封圈有靜態(tài)(包括安裝過(guò)程)和承載兩個(gè)工況，在ANSYS 中施加缸體位移載荷模擬安裝及靜態(tài)載荷，油液的壓力載荷模擬承載工況。

網(wǎng)格采用四節(jié)點(diǎn)平面單元，自由劃分密封圈的網(wǎng)格。在SOLUTION處理器中施加載荷并指定載荷步進(jìn)行求解[4].

3 仿真結(jié)果與分析

接觸應(yīng)力的大小與密封性能的好壞密切相關(guān)，本研究主要分析密封過(guò)程中密封圈的接觸應(yīng)力。

3.1 接觸應(yīng)力云圖

安裝過(guò)程中，選取初始、中間、結(jié)束3個(gè)具有代表性的節(jié)點(diǎn)，觀察密封圈的應(yīng)力及應(yīng)變，見(jiàn)圖2.

圖2 靜態(tài)接觸應(yīng)力變化云圖

從圖2可以看出，安裝過(guò)程中，密封圈逐漸被壓縮，接觸應(yīng)力逐漸變大，接觸區(qū)中心應(yīng)力大兩側(cè)小、應(yīng)力分布類似于拋物線，接觸長(zhǎng)度逐漸增大。

施加油液壓力過(guò)程中，同樣選取初始、中間、結(jié)束3個(gè)具有代表性的節(jié)點(diǎn)，觀察密封圈的應(yīng)力及應(yīng)變，見(jiàn)圖3.

從圖3可以看出，隨著油液壓力的增大，密封圈發(fā)生明顯變形，接觸應(yīng)力明顯變大，接觸區(qū)中心應(yīng)力大兩側(cè)小，接觸長(zhǎng)度明顯變大。

3.2 接觸應(yīng)力變化分析

根據(jù)密封手冊(cè)選取壓縮率5%～20%，截面直徑分別為2.65 mm、3.55 mm、5.30 mm的密封圈，分析壓縮率和截面直徑對(duì)接觸應(yīng)力和接觸長(zhǎng)度的影響，應(yīng)力變化見(jiàn)圖4.

圖3 承載接觸應(yīng)力變化云圖

圖4 接觸應(yīng)力變化曲線圖

從圖4可以看出，壓縮率增大，接觸應(yīng)力增大；靜態(tài)情況下，截面直徑增大，應(yīng)力增大；承載情況下，截面直徑增大，應(yīng)力減小。壓縮率15%，截面直徑5.30 mm密封圈的接觸應(yīng)力和接觸長(zhǎng)度在上述兩種工況下均大于現(xiàn)有壓縮率10%，截面直徑3.55 mm密封圈的接觸應(yīng)力，密封效果提高。

4 結(jié) 論

將現(xiàn)有的密封圈改為壓縮率15%，截面直徑5.3 mm，接觸應(yīng)力增大、接觸長(zhǎng)度變大，可以提高密封效果。將現(xiàn)有單層密封圈改為雙層，增加接觸長(zhǎng)度，也可以提高密封效果。

[1] 黃迷梅.液壓氣動(dòng)密封與泄漏防治[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：2-7.

[2] 王亞萍.液壓泄漏防治技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：15-28.

[3] 張 毅，楊松齡.地鐵列車空氣彈簧接口密封改進(jìn)分析[J].液壓與氣動(dòng),2017(01):66-70.

[4] 張洪才.ANSYS14.0理論解析與工程應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014：5-13.

[5] 張 博，王 娜.溫度對(duì)橡膠密封圈應(yīng)力的影響分析[J].太原學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016(02)：14-16.

[6] 張 毅.深海油壓動(dòng)力源密封技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2015：7-10.

Analysis of Sealing Problem in Hauler Lifting Platform

SUN Jing

To solve the problem of oil leakage in the elevator, ANSYS software was used to establish the model of simulated seal structure.The influence factors of contact stress coming from compression ratio and section diameter of sealing ring are analyzed. The results show that if the existing compression ratio of 10% and the seal ring diameter of 3.55 mm changed to 15% in ratio and 5.3 mm in diameter respectively, the contact stress increases, the contact length increases, the sealing performance improved.

Hauler; Seal; Contact stress

2017-03-11

孫 婧(1987—)，女，山西太原人，2012年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，助教，碩士，主要從事物流工程研究

(E-mail)724134465@qq.com

TD40

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1672-0652(2017)04-0028-03