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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�，它的主要失效方式就是漏液，漏液不僅污染了周圍環(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，嚴重時支架毀壞，產(chǎn)生危險。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形圈在實際工作中的情況，一般內(nèi)、外唇都有一定的過盈量。這樣在裝入溝槽中時，密封唇就會產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力，達到密封的效果。當開始工作時，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，從而達到自密封效果，本研究根據(jù)設(shè)計手冊選出一種Y形密封圈。一直以來，都是讓密封圈進行工作，或者通過試驗來檢測它的性能。這樣會浪費很多的時間、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模擬密封圈的工作情況，通過得出的數(shù)據(jù)來分析密封圈的應(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形圈的模型特點以及受力特點，都是成軸對稱的，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題可以看成超彈性體和剛體之間的接觸問題。所以，密封圈的有限元分析實際上是對超彈性體進行非線性接觸分析。建模時可以將缸體與溝槽設(shè)計成剛體，而密封圈設(shè)計成可變形體。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。對于這種高度非線性材料用Mooney-Rivlin模型來描述，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時的工作油壓。所以，密封的接觸壓力的最大值是保證密封的條件。
在對Y形密封圈進行有限元分析時，要考慮到密封圈的安裝過程，所以要分兩個分析步進行加載：①將剛體邊界溝槽和缸沿Y形圈徑向移動，模擬裝配過程；②對密封圈施加壓力，模擬密封圈的工作情況。
模擬裝配過程中，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)�？梢钥闯�，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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