為了提高盾構(gòu)機(jī)主軸承密封圈的密封性能，建立主軸承密封圈優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，利用ANSYS Workbench分析研究壓緊環(huán)唇形密封圈結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)其密封性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓緊環(huán)的直徑、密封圈唇口的傾斜角度和密封圈的高度對(duì)其密封性能影響較大，結(jié)合這些參數(shù)，對(duì)壓緊環(huán)唇形密封圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化分析的結(jié)果大幅提高了密封圈的密封性能，為盾構(gòu)主軸承密封圈的設(shè)計(jì)選型提供了參考。

　　引言

　　跨江越海隧道具有大埋深、高水壓、長(zhǎng)距離且地質(zhì)條件復(fù)雜多變的特點(diǎn)，這對(duì)盾構(gòu)機(jī)主軸承密封的可靠性和壽命提出了更高的要求。如果主軸承密封失效，將會(huì)造成盾構(gòu)機(jī)無法正常工作。這種情況一旦發(fā)生，盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加，工期也會(huì)延長(zhǎng)，引起成本增加，給施工企業(yè)帶來巨大的損失。目前關(guān)于盾構(gòu)機(jī)主軸承密封圈的密封性能研究并不多。文獻(xiàn)和文獻(xiàn)研究的是O形圈在不同壓力下的接觸壓力及等效應(yīng)力的分布情況及變化規(guī)律；文獻(xiàn)從理論和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)O形密封圈的可能失效原因進(jìn)行了分析，并對(duì)O形密封圈進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終解決了液壓系統(tǒng)的泄漏問題；文獻(xiàn)研究了三元乙丙膠材料的密封圈硬度對(duì)其密封性能的影響；文獻(xiàn)研究了唇形密封圈在不同載荷下的受力情況和密封性能；文獻(xiàn)研究了彈簧圈預(yù)緊、過盈配合以及不同的介質(zhì)壓力對(duì)旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈密封性能的影響，得到了旋轉(zhuǎn)軸密封圈的等效應(yīng)力分布規(guī)律以及唇口處接觸應(yīng)力的分布曲線；文獻(xiàn)和文獻(xiàn)主要研究了Y形密封圈在工作環(huán)境下受力情況及密封性能。

　　上述文獻(xiàn)研究的內(nèi)容和范圍比較廣泛，但針對(duì)盾構(gòu)機(jī)用的壓緊環(huán)唇形密封圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)與密封性能之間的關(guān)系研究有所缺乏。文章將以常見的盾構(gòu)機(jī)主軸承外密封所用的壓緊環(huán)唇形密封圈為研究對(duì)象，分析盾構(gòu)機(jī)主軸承外密封結(jié)構(gòu)采用的唇形密封圈的密封性能，研究在相同載荷作用下，同種材質(zhì)的唇形密封圈接觸壓力與其結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，分析主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對(duì)密封圈接觸壓力和等效應(yīng)力的影響，優(yōu)化密封圈的結(jié)構(gòu)尺寸，提高了其密封性能。

　　1、盾構(gòu)機(jī)主軸承外密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

　　目前國(guó)際上著名的盾構(gòu)機(jī)廠商對(duì)主軸承的密封均采用骨架式唇形密封圈，常見的唇形密封圈有單唇形密封圈、帶壓緊環(huán)唇形密封圈及多唇形密封圈，如圖1所示。

圖1 幾種常見的唇形密封圈

　　文章所要研究的壓緊環(huán)密封圈安裝示意圖如圖2所示，這是一種常見的盾構(gòu)機(jī)主軸承外密封結(jié)構(gòu)，密封腔被兩道壓緊環(huán)密封圈和兩道唇形密封圈分隔成5個(gè)相對(duì)獨(dú)立的密封腔，每道密封圈由密封隔套隔開，使其保持良好的安裝位置和密封狀態(tài)。在安裝時(shí)，通過密封隔套和外密封壓環(huán)壓緊硬化橡膠環(huán)，使密封圈唇口產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，提高密封效果。在相同載荷作用下，對(duì)于同種材質(zhì)的密封圈，若其結(jié)構(gòu)尺寸不同，這種預(yù)壓力的大小也不同，通過分析這種預(yù)壓力和結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，優(yōu)化密封圈的結(jié)構(gòu)尺寸，使其在裝配時(shí)能產(chǎn)生最大的預(yù)壓力，從而在接觸面上產(chǎn)生更大的接觸應(yīng)力以提高其密封性能。

圖2 壓緊環(huán)密封圈安裝示意圖

　　5、結(jié)論與總結(jié)

　　文章在研究?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，建立壓緊環(huán)唇形密封圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。根據(jù)此流程，結(jié)合實(shí)際的工況條件，對(duì)壓緊環(huán)唇形密封圈進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)比優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的密封圈受力狀態(tài)后發(fā)現(xiàn)，在相同的載荷條件下，優(yōu)化后的密封圈唇口與密封襯套之間的接觸壓力增大了2倍以上，而密封圈的變形量?jī)H增加了22%，說明優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案能有效增加密封圈唇口與密封襯套之間的接觸壓力，提高壓緊環(huán)唇形密封圈的密封性能。