间隙密封液压缸泄漏量仿真分析

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Simulation and Analysis of Leakage forClearance Seal of Hydraulic CylinderJiang Jun Guo Yuan Zeng Liangcai Zhan Congchang Fu Shuguang(1.College of Machinery and Automation，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan Hubei 43008 1，China；2 Wuhan Colege of Metalurgy and Peonnel Administration，Wuhan Hubei 43008 1，China)Abstract：To solve the seal leakage problem of the hydraulic cylinder with clearance seal，the flow field in the clearancewith diferent structure was analyzed by CFD method.The distribution of flow field and velocity field was obtained，and theleakage of different types of clearance seal was calculated in order to find the optimal structure of clearance sea1.Theleakage is increased with the increasing of piston velocity and gap size，SO the leakage can be reduced through reducing thegap size under the condition permited in machining accuracy。

Keywords：hydraulic cylinder；clearance seal；leakage在液压系统的机械密封中，摩擦会使液压缸、滑阀在起动时产生爬行、振荡现象，甚至会使系统进入无序运动的混沌状态，极大地降低了系统的性能。

所以，对于-些要求低摩擦力、快速响应的液压缸及液压元件，均希望取消密封圈而采用间隙密封形式。尤其是伺服液压缸，其要求低摩擦力、无爬行、频率响应高、寿命长、高可靠性，应采用间隙密封以满足液压伺服系统的静、动态性能要求 。

间隙密封在间隙中有-层薄的油膜，对运动副起到润滑作用，从而降低摩擦力，提高动态性能 。但是，间隙密封结构不能保证泄漏，特别是环形间隙，泄漏量与间隙量成三次方的关系，因此密封间隙结构必然带来泄漏量的增加，所以控制密封间隙量非常重要。若间隙过大，泄漏增大；若间隙过小，缸筒内表收稿 日期 ：2013-01-21作者简介：蒋俊 (1985-)，女，研究方向为液压传动与控制E·mail：jiangjunj2006###126.corn。

面容易磨损。而且液压缸在工作过程中，由于间隙量- 定，泄漏量随压差升高而增大 。为此，本文作者应用 CFD技术，对不同结构的间隙密封形式的内部流厨行仿真分析研究。

1 模型建立在液压缸中缸体与活塞之间是轴向往复运动，活塞和缸在结构上都是轴对称的，且两者之间采用间隙密封。工作时 ，间隙内充满的液压油形成-环形流场，将活塞与缸筒隔开，使两接触面在运动过程中不发生接触 (摩擦)。

建模时只选蠕隙中的环状流体进行研究。环状间隙的结构如图1所示，其参数为：环形间隙内径d62.5 mm；环形间隙 h分别取 8、10、15、18、20、25、30 m；环形间隙外径 Ddh；平衡槽的槽宽 W0.8 mm；平衡槽 的槽深 h 1 mm；两平衡槽间的间距为8 mm。

78 润滑与密封 第38卷3.1.2.2 活塞速度对节流口速度的影响图9示出了间隙中流体的速度分布∩以看出：随着活塞速度的增大，节流口处的流体速度增大，靠近活塞处的液流速度也越来越大。这是因为当活塞运动时 (流体受剪切作用时)，由于流体与固体接触时，固体边界上的流体质点必然会贴附在边界上，不会与缸筒内壁面发生相对位移，所以，缸筒内壁上的确昌量：0f砷 目宣箸Positionx/m m(a)活塞速度为0.05 m/s时Position x/mm(C)活塞速度为0.5 m/s时流体质点速度必定为0，在其附近的流体质点由于黏性的作用，流速也有不同程度的减小，离缸筒越远流速越接近活塞壁面处的流速。当活塞速度大于 0.5m/s时 (即液流在压差和剪切力作用下运动)，液流速度曲线为-条递减曲线 (即环形间隙从内到外，速度依次递减)，即靠近活塞壁面的流体速度最大，靠近缸筒壁面的流体速度最校(b)活塞速度为0.1 m/s时Positionx/mm(d)活塞速度为1 m/s时图9 不同活塞速度下节流口流体速度分布Fig 9 Fluid velocity profile of regulator orifice at diferent piston speed3.2 泄漏量分析3.2.1 速度对泄漏量的影响图10示出了环形间隙为 10 m时，活塞以不同速度运行时，活塞速度与密封间隙出口流体质量流量的关系。 活塞速度v/(m·s-1)图10 间隙为 10 kLm时活塞速度与泄漏量的关系Fig 10 Relationship of piston speed and leakage in 10 um gap可以看出：随着活塞速度的增大，环形间隙的出口质量流量值也随之增大。即在密封间隙-定时，泄漏量与活塞速度成正比关系，这是因为随着速度的增大，间隙中流体速度也随之增大，那么单位时间内密封间隙出口的流体质量就会增大，即就是液压缸的泄漏量增大。

3.2.2 间隙大小对泄漏量的影响图 11示出了活塞以0.5 m/s的速度运行时，环形间隙与出口流体质量流量的关系∩以看出：随着密封间隙的增大，泄漏量也随之增加。因为随着间隙的增大，即节流间隙越大，流体流经节流间隙时获得的速度就越小，则在节流间隙后的空腔内的涡流就越弱，动能耗散得就越少，则密封腔出口速度就越大，即泄漏量越大。

4 结论(1)活塞静止时，间隙中液流速度呈抛物线分布，活塞与缸筒壁面处速度为0，间隙中部液流速度最大；均压槽内，上部出入口处流体速度大，下部流体速度极校0 O 0 O O 6 ∞ 鲫- 魄.量曼v，d皇删笤 Ia 叻.昌冒 置-譬 la- ∞. o×)'.暮爆咖噬Ⅱ丑2013年第7期 蒋 俊等：间隙密封液压缸泄漏量仿真分析q-，竹 l。

×删壤删曙Ⅱ葺了间隙 c/lam图11 活塞速度0.5 m/s时间隙与泄漏量的关系Fig 1 1 Relationship of gap size and leakage atthe piston speed of 0.5 m/s(2)活塞开始运行时，间隙中液流速度随着活塞速度增大而增大，均压槽处液流随着活塞速度的增大，其涡流作用增强。泄漏量随活塞速度增大呈正比增加。

(3)随着密封间隙的增大，泄漏量也随之增加，因此在加工精度允许的条件下，可通过减袖隙来减小泄漏量。