振動對格萊圈密封性能的影響

楊忠炯 ，包 捷 ，周劍奇 ，李 俊

1 前言

格萊圈作為液壓缸活塞密封件，一般情況下是由橡膠制成的O型密封圈和聚四氟乙烯PTFE圈組合而成,其結構如圖1所示。以全斷面硬巖掘進裝備TBM為例，其工況條件極端復雜、且具不確知性和不確定性,在破巖掘進作業過程中所產生的強振動問題十分突出，現場故障資料表明,TBM破巖掘進過程中,推進液壓缸故障表現為內泄漏嚴重［1］。主要原因是強振動引起的密封件運動，導致密封面不能迅速追隨間隙波動。并且橡膠的黏彈性可導致移位后表面恢復中的應變相滯后，從而導致泄漏。因此需要在振動工況下保證密封圈的嚴密性。

圖1 格萊圈結構

目前對格萊圈的研究主要集中在在不同壓縮率、不同油壓時密封面接觸壓力分布規律進行探討分析，確定格萊圈易失效位置，分析壓 縮率和氣壓對格萊圈密封面最大接觸壓力的影響［2,3］，而針對格萊圈在振動工況下（如間隙張開）的研究還很少。研究基礎振動下格萊圈的密封性能對振動工況下格萊圈的選型與結構優化具有參考價值。

2 基礎振動下間隙波動數學模型

密封間隙的變化主要是徑向基礎振動引起的，為了得到徑向基礎振動對密封間隙的影響規律，必須要得到在徑向基礎振動下活塞位移變化規律。TBM推進液壓缸活塞桿端通過中間件由銷軸連接到撐靴上，在徑向基礎振動的作用下，將液壓缸系統簡化成如圖2所示的彈簧—質量系統，缸體位移為xc,活塞位移為xp，k1、k2為橡膠密封圈等效剛度，c1,c2為橡膠密封圈等效阻尼，m為活塞和活塞桿質量，l為活塞桿長度，假設φ為桿在運動過程成旋轉角度。……