叶片式摆动液压油缸盖板静态密封设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)武汉科技大学机械自动化学院 作者:谢良喜

  为降低制造与维护成本,选用标准规格的O 型圈作为叶片式液压摆动油缸盖板静态密封,并对密封圈沟槽结构与尺寸进行优化,以保证静态密封能防止外部和内部泄漏。通过解析计算,初步确定密封沟槽尺寸; 建立盖板静态密封的有限元模型,进行三重非线性有限元分析,模拟盖板安装到定子上的过程中O 型圈的变形及应力分布。盖板静态密封的有限元优化设计基本达到预期目标。

  叶片式液压摆动油缸( 以下简称摆缸) 在军事、船舶、航空、冶金机械等领域具有广泛的应用前景。摆缸的密封性能对液压油缸的性能尤其是可靠性具有决定性影响。

  摆缸的密封系统包括定子叶片密封、转子叶片密封、旋转密封圈和盖板静态密封,是复杂的多弹性体混合密封系统。其中盖板静态密封既要保证盖板与定子之间形成良好密封,防止外部泄漏,又要与叶片密封形成过盈交叉,防止摆缸内部高压油腔与低压油腔相通而形成内部泄漏。因此,密封设计面临较大挑战。从制造维护角度考虑,应优先选用标准规格的O 型圈作为盖板静态密封,而将设计重点放在密封圈沟槽结构与尺寸的优化上。

  为降低盖板静态密封的制造与维护成本,本文作者选用标准规格的O 型圈设计了盖板的静态密封,通过优化确定了密封圈沟槽结构与尺寸。分析结果对于验证和优化密封沟槽结构与尺寸具有指导意义。

1、盖板静态密封设计

  叶片式液压摆动油缸的结构如图1 所示,主要包括盖板、定子、定子叶片、转子和转子叶片,盖板与定子之间通过静密封形成封闭空间,使定子叶片和转子叶片在定子和转子之间形成油腔,液压油作用在转子叶片上产生扭矩驱动转子旋转,通过控制油压方向实现转子的往复摆动。

  盖板静态密封设计,既要保证密封性能可靠,又要兼顾成本低廉,维护方便。如果设计成特殊截面的专用密封圈,势必制造成本高,制造周期长。因此,在设计原则上,优先选用标准规格的O 型密封圈,而将设计重点放在密封圈沟槽结构的设计上。通过合理设计密封圈沟槽结构与尺寸,使O 型圈安装后发生大的弹性变形,一部分密封橡胶被挤出到密封沟槽之外,与叶片密封形成过盈交叉,从而避免内部泄漏的发生。要实现这一方案,密封沟槽的结构及尺寸的优化至关重要。

叶片式液压摆动油缸

图1 叶片式液压摆动油缸

  图2 所示为盖板安装到定子上后,形成的静态密封沟槽示意图,其中网格区域为变形后的密封圈截面,也就是密封沟槽。

静态密封沟槽示意图

图2 静态密封沟槽示意图

3、结论

  (1) 利用弹性橡胶的不可压缩性,通过橡胶密封变形前后的截面积计算,初步确定了密封沟槽的大致尺寸,考虑制造与安装工艺性,建立了盖板静态密封的有限元模型。

  (2) 实例分析结果表明,有限元优化设计基本达到预期目标。有限元分析结果反映了安装后O 型圈的变形情况,应力的分布情况反映了倒角、圆角等工艺细节对设计质量的影响。

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