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液壓支架是綜采工作面的重要設(shè)備，它的安全性也尤為重要。立柱千斤頂?shù)拿芊庑阅茉谝簤褐Ъ艿氖褂弥姓贾饕饔茫闹饕Х绞骄褪锹┮海┮翰粌H污染了周圍環(huán)境，還影響綜采工作而的生產(chǎn)效率，給操作管理造成很多麻煩，嚴(yán)重時(shí)支架毀壞，產(chǎn)生危險(xiǎn)。造成漏液現(xiàn)象有很多原因，其中最主要的就是密封件質(zhì)量不行。液壓系統(tǒng)中活塞、柱塞和活塞桿密封中都有Y形圈的使用。為了模擬Y形圈在實(shí)際工作中的情況，一般內(nèi)、外唇都有一定的過(guò)盈量。這樣在裝入溝槽中時(shí)，密封唇就會(huì)產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力，達(dá)到密封的效果。當(dāng)開(kāi)始工作時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部有壓力，Y形圈被壓縮，由于其特殊的形狀，將產(chǎn)生圓周方向的變形，產(chǎn)生接觸壓力。壓力越大，Y形圈的變形和接觸壓力也越大，從而達(dá)到自密封效果，本研究根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)選出一種Y形密封圈。一直以來(lái)，都是讓密封圈進(jìn)行工作，或者通過(guò)試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)它的性能。這樣會(huì)浪費(fèi)很多的時(shí)間、精力以及成本，而且效率低。為了在密封圈投入使用之前就可以了解它的性能。本研究提出用有限元分析軟件來(lái)模擬密封圈的工作情況，通過(guò)得出的數(shù)據(jù)來(lái)分析密封圈的應(yīng)力和接觸應(yīng)力，從而為密封圈的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了依據(jù)。
選取了聚氨醋Y形密封圈，這種材料與橡膠類似，都屬于高彈性體，高彈性體材料是一種非線性材料，包括幾何非線性、材料非線性和接觸非線性。從Y形圈的模型特點(diǎn)以及受力特點(diǎn)，都是成軸對(duì)稱的，所以有限元模型只選取Y形圈及溝槽的截面模型。
Y形圈在溝槽中被擠壓，而聚氨醋材料和金屬材料的接觸問(wèn)題可以看成超彈性體和剛體之間的接觸問(wèn)題。所以，密封圈的有限元分析實(shí)際上是對(duì)超彈性體進(jìn)行非線性接觸分析。建模時(shí)可以將缸體與溝槽設(shè)計(jì)成剛體，而密封圈設(shè)計(jì)成可變形體。Y形圈有限元分析的材料選擇聚氨醋材料，聚氨醋材料的密度2xe-9t/mm。對(duì)于這種高度非線性材料用Mooney-Rivlin模型來(lái)描述，作如下假設(shè):①密封圈具有確定的彈性模量E和泊松比u；②聚氨a密封圈材料拉伸與壓縮的性質(zhì)相同；③密封圈的變形不引起體積的變化。
密封圈的密封能力是由接觸壓力的大小決定的，接觸壓力越大，密封性能越好。保證密封性能的條件就是密封而的接觸壓力不小于當(dāng)時(shí)的工作油壓。所以，密封的接觸壓力的最大值是保證密封的條件。
在對(duì)Y形密封圈進(jìn)行有限元分析時(shí)，要考慮到密封圈的安裝過(guò)程，所以要分兩個(gè)分析步進(jìn)行加載：①將剛體邊界溝槽和缸沿Y形圈徑向移動(dòng)，模擬裝配過(guò)程；②對(duì)密封圈施加壓力，模擬密封圈的工作情況。
模擬裝配過(guò)程中，Y形密封圈與壓縮量取2.2mm形變形式，應(yīng)力以及接觸應(yīng)力其壓縮形變、Von-Mises應(yīng)力以及接觸應(yīng)。可以看出，最大應(yīng)力出現(xiàn)在左右唇交匯處。
Von-Mises應(yīng)力代表Y形圈截而上各主應(yīng)力差值的大小。應(yīng)力值越大的區(qū)域，材料越容易出現(xiàn)裂紋。而且應(yīng)力越大，材料越容易松弛，從而造成“剛度”下降。
本研究中選取油壓p=25、31.5、50、90、100MPa。五個(gè)不同的壓力值分析密封圈的應(yīng)力值。
隨著工作壓力的增加，最大Von-Mises應(yīng)力值逐步增加。不同壓力下Y形圈的變形及Von-Mises應(yīng)力分布。
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