高压大流量水阀U形密封圈失效机理

陈国强 ，谭建平，陈晖

(1.中南大学 机电工程学院，湖南 长沙，410083；2.湖南工程学院 机械工程学院，湖南 湘潭，411101)

大型水压机水路系统具有高压大流量特点，由于U形橡胶密封圈结构简单，安装维护方便，被广泛应用在高压低速往复滑动密封场合。通过对300 MN模锻水压机的故障统计发现，1 a内水路系统主分配器上8个水阀的阀杆U形往复密封圈共发生了214次失效，主要失效形式表现为短时间内由于强度失效导致的密封击穿，这严重影响了设备的正常运行。由于水的润滑性差且水阀结构不便于进行润滑，使得往复滑动密封成为高压水阀设计和维护的难点。开展U形密封圈的失效机理研究，可为密封设计和维护提供理论依据。国内外学者已对O形密封圈进行了比较深入和系统的研究[1−2]，但由于唇形橡胶密封件具有材料、几何及载荷的三重非线性特征[3]，给研究工作带来极大难度。近年来，数值仿真技术的发展促进了对唇形密封性能的研究，Kim 等[4]基于有限元法开展了非规则唇形密封圈静接触应力分析；Maoui等[5]仿真分析一种密封圈弹性唇口的变形对密封效果的影响；文献[6−8]等基于有限元法分析了Y形和X形等唇形橡胶密封圈的接触应力变化规律及应力集中位置。但现有研究仍存在以下不足：(1) 液压系统均以中、低压油为介质，没有针对以高压水为介质开展研究；(2) 研究对实体模型进行较大简化，大部分研究进行的是二维分析；(3)缺少对动态下的唇形密封失效机理的研究。……