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(jié)構(gòu)如圖1所示。以全斷面硬巖掘進(jìn)裝備TBM為例，其工況條件極端復(fù)雜、且具不確知性和不確定性,在破巖掘進(jìn)作業(yè)過程中所產(chǎn)生的強(qiáng)振動問題十分突出，現(xiàn)場故障資料表明,TBM破巖掘進(jìn)過程中,推進(jìn)液壓缸故障表現(xiàn)為內(nèi)泄漏嚴(yán)重［1］。主要原因是強(qiáng)振動引起的密封件運(yùn)動，導(dǎo)致密封面不能迅速追隨間隙波動。并且橡膠的黏彈性可導(dǎo)致移位后表面恢復(fù)中的應(yīng)變相滯后，從而導(dǎo)致泄漏。因此需要在振動工況下保證密封圈的嚴(yán)密性。

圖1 格萊圈結(jié)構(gòu)

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(guī)律進(jìn)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(chǔ)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(jié)構(gòu)優(yōu)化具有參考價值。

2 基礎(chǔ)振動下間隙波動數(shù)學(xué)模型

密封間隙的變化主要是徑向基礎(chǔ)振動引起的，為了得到徑向基礎(chǔ)振動對密封間隙的影響規(guī)律，必須要得到在徑向基礎(chǔ)振動下活塞位移變化規(guī)律。TBM推進(jìn)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(chǔ)振動的作用下，將液壓缸系統(tǒng)簡化成如圖2所示的彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)，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(zhì)量，l為活塞桿長度，假設(shè)φ為桿在運(yùn)動過程成旋轉(zhuǎn)角度。……