Page 68 - 《橡塑技术与装备》2022年8期
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橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
为了探究密封圈不同材料的密封特性，将 60 A、 前端，此时，前端密封圈较软时，密封圈容易受力产
72 A 和 85 A 硬度聚氨酯分成三种组合，为了保证密 生压缩，从而密封圈所产生的应力较小 ；当前端密封
封面的耐磨性，后端所用密封圈材料硬度要比前端高 圈较硬时，密封圈不容易产生压缩，其内部产生的回
一些。具体组合如表 2 所示，下文将用 ABC 表示。分 弹力反作用于后端密封圈，使后端密封圈的密封面紧
别从密封面接触应力、摩擦应力及回弹等方面等方面 紧贴合闸板侧面，从而所产生的接触应力也是最大的。
分析它们的变化规律，以及对密封件密封性能的影响。 （2）摩擦应力
表 2 材料分配组合 摩擦应力也是评判密封性能好坏的标准之一。摩
组合 代号 擦应力大有助于密封，这是因为较大的摩擦应力会使
60+72 A
60+85 B 密封面紧靠闸板，从而提高密封效果，但又不宜过大，
72+85 C
否则，会使密封圈过早磨损，降低寿命，引发安全问题。
3.1 不同材质密封圈对比模拟分析 加载时密封面所受摩擦应力分布曲线与卸载时密
（1）接触应力 封面所受摩擦应力分布曲线如图 4，图 5 所示。从中
闸板加载与卸载过程密封圈所受应力曲线如图 3 分析可知，三种组合所产生的摩擦应力均呈对称趋势，
所示。从图中可知，密封圈在加载与卸载过程中所受 而 C 所产生的摩擦应力最大，A 所产生的摩擦应力最
应力呈对称分布 ；在加载过程阶段，密封圈所受应力 小。从密封效果中分析，受摩擦应力的影响，C 的密
大小随闸板位移增加而增加，呈上升趋势，在 0.5 s 时 封面可以紧靠闸板，密封性能最好，但过高的摩擦应
达到最大值，随闸板继续下移，其所受压力开始逐渐 力又会使 C 的使用寿命大大降低，而 B 相较于 C 摩擦
减小直至趋于稳定；在卸载过程阶段，当闸板运行至 1.5 应力降低，使用寿命增加，相较于 A 密封性能又有所
s 时，密封圈内部又一次出现应力最大值。分析可知， 提高。从实际工况角度出发，应该在保证密封效果的
两次应力最大值均是出现在闸板与密封圈倒角处接触 情况下优先选用所受摩擦应力小的材料。
时所产生。
图 4 三种材料加载时摩擦应力曲线
图 3 三种材料平均应力分布 （3）回弹性能
三种组合对比来看，密封圈所受应力趋势一致， 聚氨酯密封圈有一定的回弹性，压缩应力卸掉后，
均呈现对称趋势，从中分析可知，AB 组合属于前端 密封圈不会立即恢复到原来的状态。作为密封材料，
密封圈材质一致而后端不同，所产生的接触应力相差 理应在压缩应力卸掉后，即刻恢复到原来状态。通过
不大 ；而 BC 组合属于后端密封圈材质一样，前端不 模拟绘制出密封圈回弹特性曲线如图 6 所示。从图中
一样，但 C 所产生的应力要远远大于 B。说明密封圈 分析可知，密封圈的回弹曲线是一根光滑的曲线，这
产生应力大小主要取决于起回弹作用的前端密封圈， 说明其回弹特性具有一定的非线性 ；三种材质组合均
这是因为当闸板下落时，施加给后端密封圈的力传给 在 1.9 s 时，回弹至初始位置，说明三种材料组合均能
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·18· 第 48 卷 第 期
