搬運車升降臺密封分析

孫 婧

(太原學院，山西 太原 030032)

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搬運車升降臺密封分析

孫 婧

(太原學院，山西 太原 030032)

針對搬運車升降臺使用過程中的油液泄漏問題，使用ANSYS軟件建立仿真密封結構模型，分析了密封圈的接觸應力以及壓縮率、截面直徑對應力變化的影響，結果表明：將現有壓縮率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，接觸應力增大、接觸長度變大，密封性能提高。

搬運車；密封；接觸應力

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

1 仿真模型及假設

在ANSYS仿真過程中，將升降臺密封結構簡化為二維軸對稱模型，密封圈及溝槽尺寸根據GB 3452.1-2005和密封手冊確定[1,2]，密封結構簡圖見圖1. 經過測量和計算，升降臺的O型密封圈截面直徑為3.55 mm，壓縮率為10%.

圖1 密封結構簡圖

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

根據ANSYS軟件的特點，模型中作出如下的假設[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的。

3) 忽略橡膠材料的應力松弛特性和蠕變特性。

4) 鋼材彈性模量遠大于橡膠，密封圈的接觸類型為剛-柔接觸。

5) 忽略溫度變化對密封的影響。

2 加載及計算

根據升降臺的實際情況，密封圈有靜態(包括安裝過程)和承載兩個工況，在ANSYS 中施加缸體位移載荷模擬安裝及靜態載荷，油液的壓力載荷模擬承載工況。

網格采用四節點平面單元，自由劃分密封圈的網格。在SOLUTION處理器中施加載荷并指定載荷步進行求解[4].

3 仿真結果與分析

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

3.1 接觸應力云圖

安裝過程中，選取初始、中間、結束3個具有代表性的節點，觀察密封圈的應力及應變，見圖2.

圖2 靜態接觸應力變化云圖

從圖2可以看出，安裝過程中，密封圈逐漸被壓縮，接觸應力逐漸變大，接觸區中心應力大兩側小、應力分布類似于拋物線，接觸長度逐漸增大。

施加油液壓力過程中，同樣選取初始、中間、結束3個具有代表性的節點，觀察密封圈的應力及應變，見圖3.

從圖3可以看出，隨著油液壓力的增大，密封圈發生明顯變形，接觸應力明顯變大，接觸區中心應力大兩側小，接觸長度明顯變大。

3.2 接觸應力變化分析

根據密封手冊選取壓縮率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接觸應力和接觸長度的影響，應力變化見圖4.

圖3 承載接觸應力變化云圖

圖4 接觸應力變化曲線圖

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

4 結 論

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

[1] 黃迷梅.液壓氣動密封與泄漏防治[M].北京：機械工業出版社，2003：2-7.

[2] 王亞萍.液壓泄漏防治技術[M].北京：機械工業出版社，2012：15-28.

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

[4] 張洪才.ANSYS14.0理論解析與工程應用實例[M].北京：機械工業出版社，2014：5-13.

[5] 張 博，王 娜.溫度對橡膠密封圈應力的影響分析[J].太原學院學報(自然科學版)，2016(02)：14-16.

[6] 張 毅.深海油壓動力源密封技術研究[D].西南交通大學，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年畢業于中國礦業大學(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