搬运车升降台密封分析

孙 婧

(太原学院，山西 太原 030032)



搬运车升降台密封分析

孙 婧

(太原学院，山西 太原 030032)

针对搬运车升降台使用过程中的油液泄漏问题，使用ANSYS软件建立仿真密封结构模型，分析了密封圈的接触应力以及压缩率、截面直径对应力变化的影响，结果表明：将现有压缩率10%、截面直径3.55 mm的密封圈改为压缩率15%、截面直径5.3 mm，接触应力增大、接触长度变大，密封性能提高。

搬运车；密封；接触应力

搬运车是货物运输过程中主要的装卸工具，在使用过程中搬升降台处有油液泄漏，附着灰尘后形成大片油污，影响货物的搬运。本研究通过ANSYS有限元分析软件，建立O型密封圈的仿真模型，分析密封圈的应力，为升降台密封性能的分析和密封结构的改进提供理论参考。

1 仿真模型及假设

在ANSYS仿真过程中，将升降台密封结构简化为二维轴对称模型，密封圈及沟槽尺寸根据GB 3452.1-2005和密封手册确定[1,2]，密封结构简图见图1. 经过测量和计算，升降台的O型密封圈截面直径为3.55 mm，压缩率为10%.

图1 密封结构简图

橡胶密封圈为超弹性材料，密封圈的变形为高度非线性过程，在ANSYS 中可采用PLANE182单元进行模拟。弹性模量E=6.9×109Pa，泊松比U=0.499 67，橡胶的应力-应变关系采用2参数MOONEY模型，其中C10=2.5×106Pa、C01=1.1×106Pa[3,4].

根据ANSYS软件的特点，模型中作出如下的假设[3-6]：

1) 橡胶具有确定的弹性模量和泊松比。

2) 密封圈的材料是均匀且连续的。

3) 忽略橡胶材料的应力松弛特性和蠕变特性。

4) 钢材弹性模量远大于橡胶，密封圈的接触类型为刚-柔接触。

5) 忽略温度变化对密封的影响。

2 加载及计算

根据升降台的实际情况，密封圈有静态(包括安装过程)和承载两个工况，在ANSYS 中施加缸体位移载荷模拟安装及静态载荷，油液的压力载荷模拟承载工况。

网格采用四节点平面单元，自由划分密封圈的网格。在SOLUTION处理器中施加载荷并指定载荷步进行求解[4].

3 仿真结果与分析

接触应力的大小与密封性能的好坏密切相关，本研究主要分析密封过程中密封圈的接触应力。

3.1 接触应力云图

安装过程中，选取初始、中间、结束3个具有代表性的节点，观察密封圈的应力及应变，见图2.

图2 静态接触应力变化云图

从图2可以看出，安装过程中，密封圈逐渐被压缩，接触应力逐渐变大，接触区中心应力大两侧小、应力分布类似于抛物线，接触长度逐渐增大。

施加油液压力过程中，同样选取初始、中间、结束3个具有代表性的节点，观察密封圈的应力及应变，见图3.

从图3可以看出，随着油液压力的增大，密封圈发生明显变形，接触应力明显变大，接触区中心应力大两侧小，接触长度明显变大。

3.2 接触应力变化分析

根据密封手册选取压缩率5%～20%，截面直径分别为2.65 mm、3.55 mm、5.30 mm的密封圈，分析压缩率和截面直径对接触应力和接触长度的影响，应力变化见图4.

图3 承载接触应力变化云图

图4 接触应力变化曲线图

从图4可以看出，压缩率增大，接触应力增大；静态情况下，截面直径增大，应力增大；承载情况下，截面直径增大，应力减小。压缩率15%，截面直径5.30 mm密封圈的接触应力和接触长度在上述两种工况下均大于现有压缩率10%，截面直径3.55 mm密封圈的接触应力，密封效果提高。

4 结 论

将现有的密封圈改为压缩率15%，截面直径5.3 mm，接触应力增大、接触长度变大，可以提高密封效果。将现有单层密封圈改为双层，增加接触长度，也可以提高密封效果。

[1] 黄迷梅.液压气动密封与泄漏防治[M].北京：机械工业出版社，2003：2-7.

[2] 王亚萍.液压泄漏防治技术[M].北京：机械工业出版社，2012：15-28.

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[6] 张 毅.深海油压动力源密封技术研究[D].西南交通大学，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

孙 婧(1987—)，女，山西太原人，2012年毕业于中国矿业大学(北京)，助教，硕士，主要从事物流工程研究

(E-mail)724134465@qq.com

TD40

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1672-0652(2017)04-0028-03