一种液压缸变间隙密封结构的变形特性研究与流场分析

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液压缸是广泛应用于机床、工程机械等工业设备液压系统的重要执行元件,液压缸密封结构是影响液压缸工作性能的关键部件。液压缸常见的密封结构,主要包括接触密封(即密封圈密封)、间隙密封和活塞环密封等形式。其中,间隙密封是利用活塞与缸筒之间的微小径向间隙实现密封作用,其结构简单、摩擦磨损小。但是,当密封间隙恒定不变时,存在负载压力升高泄漏量随之增大的矛盾,阻碍了间隙密封技术的推广与应用。因此,本文在总结分析现有液压缸变间隙密封技术的基础上,提出了一种液压缸变间隙密封结构,它能根据压力变化而自适应地调节密封间隙,消除或减少因压力增大导致的泄漏量增加问题,而且可适于双作用液压缸。主要研究内容如下:(1)提出一种新型的适于双作用液压缸的变间隙密封结构,对所涉及的活塞基本结构、活塞变形及密封间隙补偿机理进行了研究,基于薄壁圆筒力学理论,建立了流场中密封结构的受力模型,推导出活塞变形区域内活塞径向变形位移的计算公式,获得了影响密封间隙的活塞径向变形规律,为设计和制造提供了理论依据和技术支持。(2)对所提出变间隙密封结构的变形特性影响因素进行分析。利用ANSYS数值仿真手段,深入研究了活塞变形区域的宽度与厚度尺寸、活塞表面均压槽的宽度与深度尺寸、低压腔压力数值以及不同的活塞材料与材料参数对活塞径向变形位移的影响程度,确定对活塞变形的敏感因素和相关参数优选范围,为密封结构优化奠定基础。(3)对所提出的变间隙密封结构,基于流体力学理论推导出内泄漏和摩擦力计算公式。采用Fluent软件和动网格仿真技术,开展相应的流场压力分布、内泄漏性能分析和摩擦力性能分析,研究了活塞变形区域宽度和厚度、活塞运动速度等关键因素对密封性能的影响,并与理论计算结果进行对比。
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