基于ANSYS Workbench的液压支架Y形密封圈有限元分析 -.pdf

第4 7 卷第1 0 期 煤炭工程 C OAL E NGI N EE RI NG Vo 1 ． 47． No ．1 0 d o i 1 0 ．1 1 7 99 ／ e e 2 01 5 1 0 0 4 3 基于 A NS YS Wo r k b e n c h的液压 支架 Y形密封 圈有限元分析 王 刚，张 唏，王艳燕，朱 琛 中国矿业大学 北京 ，北京1 0 0 0 8 3 摘要 用有限元软件建立了 Y形密封圈轴对称有 限元分析模 型，对模拟装配的应 力应变 进行 了分析 。研究分析 了Y形密封 圈在不 同压缩率和不同载荷 下的应力应 变，通过有限元软件 算 出了不同压缩率和载荷下的应力应 变云 图。通过对密封 圈不同应力应 变云图的对比分析，得 出 了密封圈与压缩率和栽荷之 间的密封规律。为 了避免下唇边被挤入间隙，对形密封圈进行 了优化 分析。对动密封结构的有限元分析，动密封件的设计安装具有参考价值。 关键词液压支架 ；密封 ；Y形密封 圈；有限元分析 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 5 l 0 ． l 3 8 一 D 4 Fi n i t e El e me nt Ana l y s i s o n Se a l i ng Pe r f o r ma n c e o f Hy dr a u l i c S up po r t Y S e a l i n g Ri ng wi t h ANS YS W o r kb e nc h W ANG Ga n g，ZHANG Xi ，W ANG Ya ny a n， ZHU Che n C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3，C h i n a Ab s t r a c t T h e f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s mo d e l o f r u b b e r Y S e a l i n g ri n g i s e s t a b l i s h e d b y t h e fi n i t e e l e me n t s o f t wa r e ． I n s t a l l a t i o n mo d e o f s t r e s s a n d s t r a i n d i s t ri b u t i o n o f t h e s e al rin g i s a n a l y z e d ． T h e s tre s s a n d s t r a i n o f Y S e ali n g ri n g u n d e r d i ff e r e n t l o a d s a n d d i ffe r e n t c o mp r e s s i o n r a t i o s a r e an a l y z e d an d c a l c u l a t e d w i t h fi n i t e e l e me n t s o f tware ， o b t a i n i n g t h e s t r e s ss t r a i n c l o u d p i c t u r e ． T h e r e g u l a r i t y o f s e al b e t we e n c o mp r e s s i o n r a t i o a n d l o a d i s o b t a i n e d b y t h e an a l y s i s a n d c o n t r a s t t o d i ff e r e n t s t r e s s e s an d s t r ain c o n t o u r s ． T h e o p t i mi z a t i o n a n aly s i s i s c a r r i e d o u t o n Y S e ali n g ri n g t o a v o i d t h e l o we r l i p f r o m b e i n g p a c k e d i n t o t h e c l e aran c e ． T h e s e ali n g s t r u c t u r e f i n i t e e l e me n t an aly s i s c a n o ff e r c e r t a i n t h e o r e t i c al r e f e r e n c e s f o r t h e d e s i g n an d i n s t all a t i o n o f t h e s e a l s ． Ke y wor d s h y dr a u l i c s up p o r t ； s e al ；Y s eali n g rin g；fin i t e e l e me n t 在我国的煤矿开采中，液压支架立柱和千斤顶可靠性 是综采工作面支护系统可靠性的重要保证 ，密封可靠性是 立柱和千斤顶可靠性的保证。液压支架密封曾经未受到足 够重视，这成为制约液压支架可靠性的瓶颈。因此，加强 密封技术的研究是一项刻不容缓 的重要工作 J 。 Y形密封圈依靠其张开的唇边贴于密封付耦合面，无 内压时，依靠唇尖的变形而产生很小的压力。当内压升高 时，接触压力的分布形式和大小进一步改变。唇部与密封 面配合紧密，密封性能提高，这就是 Y形圈的 自封作用。 实际工况中，一个 Y型圈可以有效封住 3 2 MP a的高压。密 封唇边磨损后，因为介质的压力作用 ，唇边具有 自动补偿 能力。Y形密封圈的启动摩擦与停车时间没有关系，对于 断续运动的机械是非常有利的 。在煤矿液压支架 中，Y 形密封圈被广泛用于轴用单向动密封。 橡胶类材料属于超弹性体 ，是不可压缩的，是非线性 的。由于橡胶类密封圈的密封性能的分析涉及到力学、摩 擦学、材料学、公差配合等多学科不同方面的知识，因此， 对橡胶类密封圈的密封性能的分析就存在许多困难 。使 用有限元分析的方法对 Y形密封圈进行分析，可以为掌握 液压支架密封的机理、密封结构的有限元分析、密封件的 设计制造及使用提供基础规律和数据” j 。 收稿 日期 2 0 1 50 5 0 9 作者简介王刚 1 9 8 1一 ，男，山东即墨人，讲师，博士研究生，研究方向为机械电子工程 ，E m a i l w g ang 6 9 9 1 2 6 ． c o rno 引用格式王刚，张唏，王艳燕，等．基于 A N S Y S Wo r k b e n c h的液压支架 Y形密封圈有限元分析 [ J ] ．煤炭工 程 ，2 0 1 5 ，4 7 1 0 1 3 8 1 4 1 ． 1 38 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5 年第1 O期 煤炭工程 4 结论 参考文献 通过对煤矿液压支架轴用动密封的Y形密封圈零载荷 时径向受压 ，径向受压时在不同压缩量 、不同内外环间隙、 不同载荷下的多种情况的有限元分析以及对下唇进行尺寸 优化后的有限元比较分析，得出如下结论 1 径向受压的装配时，Y形密封圈与内外环的接触面 积同 O形圈相比要短。因此 ，在接触应力和摩擦系数一定 的情况 下 ，Y形密封圈的动摩擦力要远远小 于 O形密封 圈 ， Y形密封圈更加适合于动密封。 2 在不同压缩量的情况下 ，Y形密封圈同内、外环的 最大接触应力大于所施加的载荷，从而满足密封要求。 3 随着施加载荷 的增大 ，密封 圈承受 的应力与应 变也 同时增大，并且密封圈存在被挤压进内外环的间隙的倾向。 4 内外环之间的间隙，对密封圈有较大影响 ，间隙越 小，密封效果越好。随着施加载荷的增大，密封圈将会发 生撕裂，导致密封失效。因此，在载荷较高的情况下要考 虑使用挡圈。 5 Y形密封圈逆向受压时的密封效果较差，因此不适 合用在双向动密封重 ；如果要在双向动密封的情况下使用， 必须成对对称使用。 6 Y形密封圈逆向受压下唇容易被挤入间隙，发生撕 裂。为避免挤入 ，可以缩短下唇 的尺寸来进行优化 ，优化 后的正向密封效果满足密封要求。 傅 京昱．液 压支 架密 封件技 术现 状与 行业管 理探 讨 [ J ] ． 煤炭科学技术 ，2 0 1 1 ，3 9 6 8 68 9 ． 黄迷梅．液压气动密封与泄漏 防治 [ M] ．北京 机械 工业 出版社 ，2 0 0 3 ． 徐同江．基于 A N S Y S的O形密封圈的有限元分析 [ D ] ．济 南 山东大学 ，2 0 1 2 ． 张唏 ，刘杰 ，徐琦 ，等．液压支架液压缸密封件密封 性能评价技术研究 [ J ] ．煤炭科 学技 术 ，2 0 1 1 ，3 9 6 5 5 5 7 ． 张唏 ，任丹丹．液压 支架立 柱 Y形密封 圈 的有 限元 分析 [ J ] ．液压气动与密封 ，2 0 1 3 6 6 56 7 ． 王财生 ，秦瑶 ，安琦．机 械密封 O形 橡胶 密封圈 力学 行为 的有限元分析 [ J ] ．华东理工大学学报 自然 科学版 ， 2 0 1 3 ，3 9 6 7 6 1 7 6 7 ． 张付英 ，李腾．基于 A N S Y S的 Y形 圈初 始建模 [ J ] ．天 津工业大学学报 ，2 0 1 3，3 2 6 8 58 8 ． 王世强 ，张付英 ，张东葛 ，等．基 于 A N S Y S的 Y形密 封圈 密封性能研究 [ J ] ．润滑与密封 ，2 0 1 2，3 7 1 2 6 16 4， 6 8 ． 王 国法 ，赵志礼 ，李政．液压支架立 柱和千斤顶密封技术 研究 [ J ] ．煤炭科学技术 ，2 0 0 7 ，3 5 8 8 2 8 5 责任编辑赵巧芝 上接 第 1 3 7页 个型号上要略大一个档次。设备匹配采用一种 “ 过冗余配 置”的原则。目的是为了提高设备最大程度的可靠性，减 少设备的维修时间，提高开机率。 高可靠性是 自动化采煤工艺实现的基础和前提。在煤 矿设备使用中，可靠性非常重要。在高可靠性的基础上， 提高设备的自动化程度才具有实际意义。在试验过程 中发 现问题解决问题 ，使产品质量不断提高。“ 过冗余配置”的 原则不是简单的大型化配置 ，而是为了提高 自动化工作面 开机率的一种高可靠型配置。 3结语 从 目前国内外综采设备的配置上来看，重型化和大型 化已成为主流。但是装机功率和机械结构的大型化发展不 可能是无限制的，发展空间也已经受到了不同程度的制约。 未来综采成套设备的发展趋势应当是 以提高系统的可靠性 和生产能力 为 目的 ，在结构 重 型化配 置 的基 础上 ，从 减少 自身内部空载功耗、高 自动化和智能化的方 向来考虑。在 发展步骤上应当分阶段进行，按照 “ 联合化一 自动化一智 能化”三步走来逐步实现 ，最终搭建成一个满足高产高效 工作面要求的智能型全 自动联合采煤机组。 参 考文献 王国法．煤 矿高效 开 采工 作 面成套 装备 技术 创 新与 发展 [ J ] ．煤炭科学技术， 2 O L O 1 6 3 6 8 ，1 0 6 ． 高志 明 ，张伟．MG 7 5 0 ／ 1 8 1 5一G WD系列 大功率厚 煤层 采煤机 [ J ] ．煤矿开采 ，2 0 0 8 6 5 86 0 ． 李国平 ．面向大规模定制 的煤矿 刮板输送 机设计平 台研究 [ J ] ．煤矿机械 ，2 0 0 7 8 5 1 5 3 ． 王国法 ．薄煤 层安全 高效 开采成套 装备研 发及应 用 [ J ] ． 煤炭科 学技术 ，2 0 0 9 9 8 68 9 ． 李明忠．坚硬顶板条件下综采 面设备选 型及液压 支架设计 [ J ] ．煤矿开采 ，2 0 1 0 4 8 3 8 4 ，9 7 ． 刘万东．煤矿综掘 、综采工作 面 自动化 技术发展趋 势探讨 [ J ] ．科技与企业 ，2 0 1 2 1 9 3 3 4 ． 周玉龙．浅议煤矿综掘和综 采工作 面 自动化技术 发展趋势 [ J ] ．科技创业家 ，2 0 1 2 1 5 1 2 0 ，1 2 2 ． 魏 勇刚，李变荣 ．我 国煤矿采 掘装备技 术水平 与发展趋势 [ J ] ．煤炭工程，2 0 1 1 4 1 0 8一 l 1 1 ． 责任编辑赵 巧芝 1 41 ⋯ ⋯ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m