叶片式摆动液压油缸盖板静态密封设计
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。
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。
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。
