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专利名称：用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210397789.3

专利申请（专利权）人：宁夏大学,天地宁夏支护装备有限公司
权利人地址：宁夏回族自治区银川市贺兰山西路489号

专利发明（设计）人：慕松,安夼,刘伟,马林慧,刘新华,宿友亮

专利摘要：本发明提供用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，属于机械密封技术领域。包括：获取基础数据并建立缸筒尺寸数据库，每一组基础数据包括缸筒i的出厂规格数据、出厂密封结构数据和缸筒i经修复处理后测量所得的缸筒内表面直径Di；基于缸筒尺寸数据库的基础数据，计算出各个规格的缸筒的活塞沟槽深度Mi；以Di、Mi和原鼓型圈厚度Li1组成三维点集合{(Di,Mi,Li1)}输入至仿真软件中；根据平面图像拟合出用于求解鼓型圈厚度拟合尺寸L的平面函数；以原挡圈厚度ai1、原鼓型圈厚度Li1组成二维点集合{(ai1,Li1)}输入至仿真软件中；根据二维点集合拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数；根据平面函数和曲线函数求解待定制的密封结构的关键参数。

主权利要求：
1.一种用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，其特征在于，包括：获取基础数据并建立缸筒尺寸数据库，每一组所述基础数据包括缸筒i的出厂规格数据、出厂密封结构数据和所述缸筒i经修复处理后测量所得的缸筒内表面直径Di，所述出厂规格数据包括原活塞外径Di1、原活塞内径Di2，出厂密封结构尺寸包括密封结构类型、原鼓型圈厚度Li1和原挡圈厚度ai1；
基于所述缸筒尺寸数据库的所述基础数据，计算出各个规格的所述缸筒的活塞沟槽深度Mi，其中，Mi＝(Di1?Di2)/2；
以所述缸筒内表面直径Di、所述活塞沟槽深度Mi和所述原鼓型圈厚度Li1组成三维点集合{(Di,Mi,Li1)}输入至仿真软件中，在三维坐标系下显示趋近于同一个平面图像；
根据所述平面图像拟合出用于求解鼓型圈厚度拟合尺寸L的平面函数L＝f(M,D)，其中，M为需定制密封结构的缸筒的活塞沟槽深度，D为所述需定制密封结构的缸筒当前的内表面直径；
以所述原挡圈厚度ai1、原鼓型圈厚度Li1组成二维点集合{(ai1,Li1)}输入至仿真软件中，在二维坐标系下显示趋近于同一平滑曲线；
根据所述二维点集合拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数a＝f(L)；根据所述平面函数和所述曲线函数求解待定制的密封结构的关键参数，所述关键参数包括所述鼓型圈厚度拟合尺寸L和所述挡圈厚度拟合尺寸a。
2.如权利要求1所述的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，其特征在于，所述密封结构类型根据挡圈结构分为四类，包括：P型挡圈、T型挡圈、L型挡圈和平挡圈。
3.如权利要求2所述的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，其特征在于：对于具有所述P型挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：2
L＝f(M,D)＝?0.8555+1.294×M?0.00108×D?0.008912×M+0.00006587×M×D所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：2
a＝f(L)＝?0.01794×L+0.9349×L?2.098
或者，对于具有所述T型挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：2
L＝f(M,D)＝?0.3183+1.16×D+0.001087×M?0.001202×M?0.0001205×D×M所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：a＝f(L)＝0.874×L+0.1698
或者，对于具有所述L型挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：2
L＝f(M,D)＝?0.04472+1.098×M+0.001075×D?0.0004165×M?0.00008899×M×D所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：a＝f(L)＝7.164×sin(0.1435×L?0.3236)+0.4018×sin(1.126×L?9.606)或者，对于具有所述平挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：2
L＝f(M,D)＝?0.02192+1.098×M+0.0009269×D?0.000137×M+0.000001497×M×D所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：2
a＝f(L)＝?0.003072×L+0.6482×L?0.7056。
4.如权利要求3所述的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，其特征在于，所述根据所述二维点集合拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数a＝f(L)之后，还包括：计算出所述缸筒i的关键参数，基于所述缸筒尺寸数据库中的所述基础数据，校验所述平面函数和所述曲线函数。
5.如权利要求4所述的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，其特征在于，所述校验所述平面函数和所述曲线函数包括：将所述Mi、所述Di代入所述平面函数L＝f(M,D)求解出鼓型圈厚度拟合尺寸Li；将所述Li代入所述曲线函数a＝f(L)求解出挡圈厚度拟合尺寸ai；
若所述Li与所述Li1之间的差值高于第一阈值，则重新核对并修正所述缸筒i的所述基础数据，再基于修正后的所述基础数据重新拟合出所述平面函数L＝f(M,D)；
若所述ai与所述ai1之间的差值高于第二阈值，则重新核对并修正所述缸筒i的所述基础数据，再基于修正后的所述基础数据重新拟合出所述平面函数a＝f(L)；若所述Li与所述Li1之间的差值不高于所述第一阈值、且所述ai与所述ai1之间的差值不高于所述第二阈值，则所述校验操作结束。
6.如权利要求5所述的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，其特征在于，所述根据所述平面函数和所述曲线函数求解待定制的密封结构的关键参数之后，还包括：基于所述关键参数进行所述待定制的密封结构的建模与仿真，分析所述待定制的密封结构的可行性，具体操作包括：根据所述鼓型圈厚度拟合尺寸L和所述挡圈厚度拟合尺寸a在ABAQUS软件中建立所述待定制的密封结构的密封结构模型，所述密封结构模型设置为密封环、弹性体和挡圈组成，其中，所述密封环的内表面与所述弹性体外表面密合，两个所述挡圈包围在所述密封环和所述弹性体的两外围侧壁，所述密封环的外表面径向中心部位具有环形凸起结构，所述环形凸起结构两侧边对称开设环形凹槽，设置所述密封环的外表面与缸筒模型相接处，设置所述弹性体的内表面与活塞沟槽模型相接触；
将所述密封结构模型限制在所述活塞沟槽模型内部，施加外部应力移动所述缸筒模型使所述密封结构模型达到预变形量为止，得出所述密封环与所述缸筒模型之间的各个接触点所受的接触应力值，按照位置相邻顺序依次横轴排列，汇总成接触点位置与接触应力值的曲线关系图，其中，所述外部应力大小为额定工作压力值的1.1倍，所述接触应力值为所述密封环与所述缸筒模型之间相接处时所述密封环所受的接触应力所对应数值；
所述曲线关系图中，若高于2倍所述工作压力值的接触应力值占比低于预设占比阈值，则认为所述待定制的密封结构的所述关键参数具有可行性；若高于2倍工作压力值的所述接触应力值占比不低于所述预设占比阈值，则认为所述待定制的密封结构的所述关键参数不具有可行性。
7.如权利要求6所述的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，其特征在于，所述密封结构模型中，所述密封环的材质定义为聚氨酯，所述弹性体的材质定义为丁腈橡胶；所述缸筒模型、所述活塞沟槽模型的材质定义为钢。 说明书 : 用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法技术领域[0001] 本发明涉及机械密封技术领域，尤其涉及一种用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法。背景技术[0002] 在水介质液压支架立柱表面轻微损伤的情况下，企业会采用珩磨方式对立柱内表面进行修复加工，加工位置的内径尺寸会增大，导致原有的密封结构规格不能全覆盖，需要更换新规格的密封结构，由于立柱内表面整体尺寸不均匀，企业根据已有经验生产的密封结构难以保证密封效果，极易浪费生产材料和生产时间，试错成本较高。发明内容[0003] 有鉴于此，本发明提供一种用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，能够快速、准确地得出定制密封结构的有效关键参数，节省材料和时间成本。[0004] 本发明提供的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，包括：[0005] 获取基础数据并建立缸筒尺寸数据库，每一组所述基础数据包括缸筒i的出厂规格数据、出厂密封结构数据和所述缸筒i经修复处理后测量所得的缸筒内表面直径Di，所述出厂规格数据包括原活塞外径Di1、原活塞内径Di2，出厂密封结构尺寸包括密封结构类型、原鼓型圈厚度Li1和原挡圈厚度ai1；[0006] 基于所述缸筒尺寸数据库的所述基础数据，计算出各个规格的所述缸筒的活塞沟槽深度Mi，其中，Mi＝(Di1?Di2)/2；[0007] 以所述缸筒内表面直径Di、所述活塞沟槽深度Mi和所述原鼓型圈厚度Li1组成三维点集合{(Di,Mi,Li1)}输入至仿真软件中，在三维坐标系下显示趋近于同一个平面图像；[0008] 根据所述平面图像拟合出用于求解鼓型圈厚度拟合尺寸L的平面函数L＝f(M,D)，其中，M为需定制密封结构的缸筒的活塞沟槽深度，D为所述需定制密封结构的缸筒当前的内表面直径；[0009] 以所述原挡圈厚度ai1、原鼓型圈厚度Li1组成二维点集合{(ai1,Li1)}输入至仿真软件中，在二维坐标系下显示趋近于同一平滑曲线；[0010] 根据所述二维点集合拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数a＝f(L)；[0011] 根据所述平面函数和所述曲线函数求解所述待定制的密封结构的关键参数，所述关键参数包括所述鼓型圈厚度拟合尺寸L和所述挡圈厚度拟合尺寸a。[0012] 较优地，所述密封结构类型根据挡圈结构分为四类，包括：P型挡圈、T型挡圈、L型挡圈和平挡圈。[0013] 较优地，对于具有所述P型挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0014] L＝f(M,D)＝?0.8555+1.294×M?0.00108×D?0.008912×M2+0.00006587×M×D[0015] 所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0016] a＝f(L)＝?0.01794×L2+0.9349×L?2.098[0017] 或者，对于具有所述T型挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0018] L＝f(M,D)＝?0.3183+1.16×D+0.001087×M?0.001202×M2?0.0001205×D×M[0019] 所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0020] a＝f(L)＝0.874×L+0.1698[0021] 或者，对于具有所述L型挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0022] L＝f(M,D)＝?0.04472+1.098×M+0.001075×D?0.0004165×M2?0.00008899×M×D[0023] 所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0024] a＝f(L)＝7.164×sin(0.1435×L?0.3236)+0.4018×sin(1.126×L?9.606)[0025] 或者，对于具有所述平挡圈的密封结构类型，所述鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0026] L＝f(M,D)＝?0.02192+1.098×M+0.0009269×D?0.000137×M2+0.000001497×M×D[0027] 所述挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0028] a＝f(L)＝?0.003072×L2+0.6482×L?0.7056。[0029] 较优地，所述根据所述二维点集合拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数a＝f(L)之后，还包括：[0030] 计算出所述缸筒i的关键参数，基于所述缸筒尺寸数据库中的所述基础数据，校验所述平面函数和所述曲线函数。[0031] 较优地，所述校验所述平面函数和所述曲线函数包括：[0032] 将所述Mi、所述Di代入所述平面函数L＝f(M,D)求解出鼓型圈厚度拟合尺寸Li；[0033] 将所述Li代入所述曲线函数a＝f(L)求解出挡圈厚度拟合尺寸ai；[0034] 若所述Li与所述Li1之间的差值高于第一阈值，则重新核对并修正所述缸筒i的所述基础数据，再基于修正后的所述基础数据重新拟合出所述平面函数L＝f(M,D)；[0035] 若所述ai与所述ai1之间的差值高于第二阈值，则重新核对并修正所述缸筒i的所述基础数据，再基于修正后的所述基础数据重新拟合出所述平面函数a＝f(L)；[0036] 若所述Li与所述Li1之间的差值不高于所述第一阈值、且所述ai与所述ai1之间的差值不高于所述第二阈值，则所述校验操作结束。[0037] 较优地，所述根据所述平面函数和所述曲线函数求解所述待定制的密封结构的关键参数之后，还包括：[0038] 基于所述关键参数进行所述待定制的密封结构的建模与仿真，分析所述待定制的密封结构的可行性，具体操作包括：[0039] 根据所述鼓型圈厚度拟合尺寸L和所述挡圈厚度拟合尺寸a在ABAQUS软件中建立所述待定制的密封结构的密封结构模型，所述密封结构模型设置为密封环、弹性体和挡圈组成，其中，所述密封环的内表面与所述弹性体外表面密合，两个所述挡圈包围在所述密封环和所述弹性体的两外围侧壁，所述密封环的外表面径向中心部位具有环形凸起结构，所述环形凸起结构两侧边对称开设环形凹槽，设置所述密封环的外表面与缸筒模型相接处，设置所述弹性体的内表面与活塞沟槽模型相接触；[0040] 将所述密封结构模型限制在所述活塞沟槽模型内部，施加外部应力移动所述缸筒模型使所述密封结构模型达到预变形量为止，得出所述密封环与所述缸筒模型之间的各个接触点所受的接触应力值，按照位置相邻顺序依次横轴排列，汇总成接触点位置与接触应力值的曲线关系图，其中，所述外部应力大小为额定工作压力值的1.1倍，所述接触应力值为所述密封环与所述缸筒模型之间相接处时所述密封环所受的接触应力所对应数值；[0041] 所述曲线关系图中，若高于2倍所述工作压力值的接触应力值占比低于预设占比阈值，则认为所述待定制的密封结构的所述关键参数具有可行性；若高于2倍工作压力值的所述接触应力值占比不低于所述预设占比阈值，则认为所述待定制的密封结构的所述关键参数不具有可行性。[0042] 较优地，所述密封结构模型中，所述密封环的材质定义为聚氨酯，所述弹性体的材质定义为丁腈橡胶；所述缸筒模型、所述活塞沟槽模型的材质定义为钢。[0043] 由上述技术方案可知，本发明实施例提供的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，首先获取基础数据并建立缸筒尺寸数据库，其中，每一组基础数据包括缸筒i的出厂规格数据、出厂密封结构数据和缸筒i经修复处理后测量所得的缸筒内表面直径Di，再根据基础数据计算和整理出缸筒内表面直径Di、活塞沟槽深度Mi和原鼓型圈厚度Li1，组成三维点集合{(Di,Mi,Li1)}输入至仿真软件中拟合出用于求解鼓型圈厚度拟合尺寸L的平面函数L＝f(M,D)；原挡圈厚度ai1、原鼓型圈厚度Li1组成二维点集合{(ai1,Li1)}输入至仿真软件中拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数a＝f(L)，根据平面函数和曲线函数求解待定制的密封结构的关键参数L和a。通过本发明的方法，能够快速、准确地得出定制密封结构的有效关键参数，节省材料和时间成本。附图说明[0044] 图1为本发明的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法的流程图。[0045] 图2为本发明中根据P型挡圈数据拟合平面函数L＝f(M,D)的示意图。[0046] 图3为本发明中根据P型挡圈数据拟合曲线函数a＝f(L)的示意图。[0047] 图4为本发明中根据T型挡圈数据拟合平面函数L＝f(M,D)的示意图。[0048] 图5为本发明中根据T型挡圈数据拟合曲线函数a＝f(L)的示意图。[0049] 图6为本发明中根据L型挡圈数据拟合平面函数L＝f(M,D)的示意图。[0050] 图7为本发明中根据L型挡圈数据拟合曲线函数a＝f(L)的示意图。[0051] 图8为本发明中根据平挡圈数据拟合平面函数L＝f(M,D)的示意图。[0052] 图9为本发明中根据平挡圈数据拟合曲线函数a＝f(L)的示意图。[0053] 图10为鼓型圈结构剖面图。[0054] 图11为建模效果示意图。[0055] 图12为基于图11加以约束条件后的密封结构受力仿真云图。[0056] 图13为接触点位置与接触应力值的曲线关系图。[0057] 图中：1密封环、2挡圈、3弹性体、4缸筒模型、5活塞沟槽模型。具体实施方式[0058] 以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。[0059] 本发明提供一种用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，适用于经珩磨修复加工后、内径不均匀的缸筒使用，通过本发明的方法可快速计算所需生产鼓型圈的关键参数，鼓型圈的类型可包括但不仅限于P型挡圈、T型挡圈、L型挡圈和平挡圈。[0060] 如图1所示，本发明确定密封结构关键参数的方法，具体步骤包括：[0061] 步骤S1，获取基础数据并建立缸筒尺寸数据库，每一组基础数据包括缸筒i的出厂规格数据、出厂密封结构数据和缸筒i经修复处理后测量所得的缸筒内表面直径Di，出厂规格数据包括原活塞外径Di1、原活塞内径Di2，出厂密封结构尺寸包括密封结构类型、原鼓型圈厚度Li1和原挡圈厚度ai1，在本实施例中，密封结构类型根据挡圈结构可分为四类，包括：P型挡圈、T型挡圈、L型挡圈和平挡圈。在进行统计时，测量结果数据Di、以及原鼓型圈厚度Li1和原挡圈厚度ai1均带公差。[0062] 步骤S2，基于缸筒尺寸数据库的基础数据，计算出各个规格的缸筒的活塞沟槽深度Mi，其中，Mi＝(Di1?Di2)/2；[0063] 以平挡圈为例，缸筒i的出厂规格数据、出厂密封结构数据和缸筒i经修复处理后测量所得的缸筒内表面直径Di等数据整理成如表1所示的密封结构尺寸公差表文件：[0064] 缸筒i 规格 Di Li1±0.3 ai1±0.2 Mi1 G63*50*14.5 63.2±0.6 7.15 3.8 6.52 G80*66*17 80.25±0.6 7.7 4.11 73 G100*80*28 100.35±0.6 10.9 5.99 104 G100*85*13.5 100.25±0.6 8.25 4.42 7.55 G100*86*22.5 100.15±0.6 7.7 4.11 76 G110*95*16 110.23±0.6 8.25 4.42 7.57 G125*105*34 125.29±0.8 10.9 5.99 108 G125*110*15.8 125.19±0.8 8.25 4.42 7.59 G140*120*28 140.26±0.8 10.9 5.99 1010 G140*123*21 140.2±0.8 9.27 5.05 8.511 G140*125*20 140.16±0.8 8.25 4.42 7.512 G150*125*31 150.68±0.7 13.62 7.24 12.513 G150*133*20 150.18±0.8 9.27 5.05 8.514 G160*131*31 160.66±0.6 13.62 7.24 12.515 G160*143*30 160.16±0.7 9.27 5.05 8.516 G160*145*16 160.12±0.8 8.25 7.24 7.517 G180*163*24 180.12±0.7 13.62 4.42 12.518 G180*163*25 180.12±0.8 9.27 5.05 8.519 G200*180*20 200.04±0.8 10.9 5.99 1020 G200*183*20 199.98±0.8 9.27 5.05 8.521 G230*205*30 230.43±0.8 13.62 7.24 12.5[0065] 表1[0066] 同类型密封结构所包含不同尺寸的不同直径的水介质液压支架密封结构数据量不得小于30组，由于数据量巨大，表1是示例，并不代表全部采集数据。[0067] 步骤S3，以缸筒内表面直径Di、活塞沟槽深度Mi和原鼓型圈厚度Li1组成三维点集合{(Di,Mi,Li1)}输入至仿真软件中，在三维坐标系下显示趋近于同一个平面图像。如图2、图4、图6、图8所示，在几种类型的鼓型圈数据投射到三维坐标系的示意图。[0068] 步骤S4，根据三维坐标系下的平面图像拟合出用于求解鼓型圈厚度拟合尺寸L的平面函数L＝f(M,D)，其中，M为需定制密封结构的缸筒的活塞沟槽深度，D为需定制密封结构的缸筒当前的内表面直径；实际是指，通过三维点集合{(Di,Mi,Li1)}进行拟合。[0069] 步骤S5，以原挡圈厚度ai1、原鼓型圈厚度Li1组成二维点集合{(ai1,Li1)}输入至仿真软件中，在二维坐标系下显示趋近于同一平滑曲线；如图3、图5、图7、图9所示，在几种类型的鼓型圈数据投射到二维坐标系的示意图。[0070] 步骤S6，根据二维点集合拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数a＝f(L)；实际是指，通过二维点集合{(ai1,Li1)}进行拟合。[0071] 步骤S7，根据平面函数和曲线函数求解待定制的密封结构的关键参数，关键参数包括鼓型圈厚度拟合尺寸L和挡圈厚度拟合尺寸a。[0072] 对于具有P型挡圈的密封结构类型，根据图2所示的三维点集合{(Di,Mi,Li1)}，鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0073] L＝f(M,D)＝?0.8555+1.294×M?0.00108×D?0.008912×M2+0.00006587×M×D(1)[0074] 根据图3所示的二维点集合{(ai1,Li1)}，挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0075] a＝f(L)＝?0.01794×L2+0.9349×L?2.098(2)[0076] 对于具有T型挡圈的密封结构类型，根据图4所示的三维点集合{(Di,Mi,Li1)}，鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0077] L＝f(M,D)＝?0.3183+1.16×D+0.001087×M?0.001202×M2?0.0001205×D×M(3)[0078] 根据图5所示的二维点集合{(ai1,Li1)}，挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0079] a＝f(L)＝0.874×L+0.1698(4)[0080] 对于具有L型挡圈的密封结构类型，根据图6所示的三维点集合{(Di,Mi,Li1)}，鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0081] L＝f(M,D)＝?0.04472+1.098×M+0.001075×D?0.0004165×M2?0.00008899×M×D(5)[0082] 根据图7所示的二维点集合{(ai1,Li1)}，挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0083] a＝f(L)＝7.164×sin(0.1435×L?0.3236)+0.4018×sin(1.126×L?9.606)(6)[0084] 对于具有平挡圈的密封结构类型，根据图8所示的三维点集合{(Di,Mi,Li1)}，鼓型圈厚度拟合尺寸L的求解函数为：[0085] L＝f(M,D)＝?0.02192+1.098×M+0.0009269×D?0.000137×M2+0.000001497×M×D(7)[0086] 根据图3所示的二维点集合{(ai1,Li1)}，挡圈厚度拟合尺寸拟合函数a的求解函数为：[0087] a＝f(L)＝?0.003072×L2+0.6482×L?0.7056(8)[0088] 进一步地，步骤S7根据二维点集合拟合出用于求解挡圈厚度拟合尺寸a的曲线函数a＝f(L)之后，还包括：[0089] 计算出缸筒i的关键参数，基于缸筒尺寸数据库中的基础数据，校验平面函数L＝f(M,D)和曲线函数a＝f(L)。具体的校验过程包括：[0090] 步骤S81，将Mi、Di代入平面函数L＝f(M,D)求解出鼓型圈厚度拟合尺寸Li；[0091] 步骤S82，将Li代入曲线函数a＝f(L)求解出挡圈厚度拟合尺寸ai；[0092] 步骤S83，若Li与Li1之间的差值高于第一阈值，则重新核对并修正缸筒i的基础数据，再基于修正后的基础数据重新拟合出平面函数L＝f(M,D)；[0093] 步骤S84，若ai与ai1之间的差值高于第二阈值，则重新核对并修正缸筒i的基础数据，再基于修正后的基础数据重新拟合出平面函数a＝f(L)；[0094] 步骤S85，若Li与Li1之间的差值不高于第一阈值、且ai与ai1之间的差值不高于第二阈值，则校验操作结束。[0095] 根据上述公式带入修复后的缸筒内表面直径Di与活塞沟槽深度Mi可算得拟合的鼓型圈厚度Li与拟合的挡圈厚度ai，将其一并填入上表中。可以得到如表2所示的汇总数据表，从表中可以看出，95％以上的拟合尺寸和实际尺寸差距在1mm内。并且对密封材料的相关分析，可认为在测量中会出现测量误差。因此对于拟合结果中极少数拟合值与实测值差距在大于1mm的尺寸来说：可以认为是实际尺寸在测量中的偏差。[0096] 缸筒i 规格 Di Li1±0.3 ai1±0.2 Mi Li ai1 G63*50*14.5 63.2±0.6 7.15 3.8 6.5 7.168487 3.7831522 G80*66*17 80.25±0.6 7.7 4.11 7 7.732592 4.1229823 G100*80*28 100.35±0.6 10.9 5.99 10 11.0389 6.0754674 G100*85*13.5 100.25±0.6 8.25 4.42 7.5 8.299421 4.4624845 G100*86*22.5 100.15±0.6 7.7 4.11 7 7.751246 4.1341866 G110*95*16 110.23±0.6 8.25 4.42 7.5 8.308784 4.4680757 G125*105*34 125.29±0.8 10.9 5.99 10 11.06239 6.0890998 G125*110*15.8 125.19±0.8 8.25 4.42 7.5 8.322818 4.4764559 G140*120*28 140.26±0.8 10.9 5.99 10 11.07649 6.09727910 G140*123*21 140.2±0.8 9.27 5.05 8.5 9.432917 5.13547111 G140*125*20 140.16±0.8 8.25 4.42 7.5 8.336862 4.4848412 G150*125*31 150.68±0.7 13.62 7.24 12.5 13.82416 7.66813813 G150*133*20 150.18±0.8 9.27 5.05 8.5 9.442295 5.14100514 G160*131*31 160.66±0.6 13.62 7.24 12.5 13.8336 7.67345315 G160*143*30 160.16±0.7 9.27 5.05 8.5 9.451672 5.14653916 G160*145*16 160.12±0.8 8.25 7.24 7.5 8.355587 4.49601717 G180*163*24 180.12±0.7 13.62 4.42 12.5 13.852 7.68381618 G180*163*25 180.12±0.8 9.27 5.05 8.5 9.470427 5.15760619 G200*180*20 200.04±0.8 10.9 5.99 10 11.13279 6.12993520 G200*183*20 199.98±0.8 9.27 5.05 8.5 9.489088 5.16861521 G230*205*30 230.43±0.8 13.62 7.24 12.5 13.89957 7.710598[0097] 表2[0098] 进一步地，可通过在ABAQUS软件中建模仿真，分析待定制的密封结构的可行性，具体操作包括：[0099] 步骤S91，根据鼓型圈厚度拟合尺寸L和挡圈厚度拟合尺寸a在ABAQUS软件中建立待定制的密封结构的密封结构模型，如图10所示，密封结构模型设置为密封环1、挡圈2和弹性体3组成，其中，密封环1的内表面与弹性体3外表面密合，挡圈2包围在密封环1和弹性体3外围侧壁，弹性体3底部两侧具有凸边，挡圈2与凸边的肩部密合接触，密封环1的外表面开设弓形槽，弓形槽的凸起部位略高，如图11所示，设置密封环的外表面与缸筒模型4相接处，设置弹性体的内表面与活塞沟槽模型5相接触。密封结构模型中，密封环的材质定义为聚氨酯，弹性体的材质定义为丁腈橡胶；缸筒模型、活塞沟槽模型的材质定义为钢。[0100] 步骤S92，将密封结构模型限制在活塞沟槽模型5内部，施加外部应力移动缸筒模型4使密封结构模型达到预变形量为止，可以得到如图12所示的密封结构受力仿真云图，提取密封环1与缸筒模型4之间的各个接触点所受的接触应力值，按照位置相邻顺序依次横轴排列，汇总成如图13所示的接触点位置与接触应力值的曲线关系图，其中，外部应力大小为额定工作压力值的1.1倍，接触应力值为密封环与缸筒模型之间相接处时密封环所受的接触应力所对应数值；[0101] 在曲线关系图中，若高于2倍工作压力值的接触应力值占比低于预设占比阈值(如设定为80％)，则认为待定制的密封结构的关键参数具有可行性；若高于2倍工作压力值的接触应力值占比不低于预设占比阈值，则认为待定制的密封结构的关键参数不具有可行性。[0102] 在对所预测密封结构进行评估阶段，由于所需求的水介质液压支架立柱的定制密封直径在所收集的密封结构尺寸公差表中未出现，通过用处理后的拟合公式在MATLAB已经进行拟合生成所需缸筒内表面直径的定制密封类型和鼓型圈厚度L，挡圈厚度a；将此密封结构的三维仿真模型建立，装入备好的活塞沟槽中进行相关仿真实验；通过分析仿真实验中相关接触面的接触应力大于工作压力来表征拟合尺寸是可以达到拟合效果的；证实由MATLAB根据拟合函数所生成密封结构关键尺寸是具有相当的合理性，请一并参照表3所示的L的拟合参数优劣评价表：[0103] SSE R?square AdjustedR?square RMSE鼓型圈(P挡圈) 0.159 0.999 0.999 0.055鼓型圈(T挡圈) 0.090 0.999 0.999 0.044鼓型圈(L挡圈) 0.036 0.999 0.999 0.027鼓型圈(平挡圈) 0.031 0.999 0.999 0.030[0104] 表3[0105] 其中，SSE越接近0、R?square越接近1、AdjustedR?square越接近1、RMSE越接近0均可表示函数对实际参数的拟合效果越好。[0106] 下面结合一具体实例对本发明进一步说明：某直径的水介质液压支架立柱缸筒内表面直径D＝100.90mm(经过修复后测量发现尺寸超过公差带，但是活塞的沟槽深度并未有较大改变)，预选用鼓型圈(平挡圈)作为定制密封件，现由密封厂家生产的鼓型圈(平挡圈)尺寸公差表可以发现：缸筒内表面直径D＝100.90mm的缸筒内表面尺寸并没有在鼓型圈(平挡圈)的尺寸公差带内。通过对缸筒内表面直径D＝63.2±0.6mm到500.18±1.0mm所有已经配备的密封结构关键尺寸进行拟合，预估该类型的水介质液压支架立柱缸筒内表面直径D＝100.90时的关键尺寸，具体如下：[0107] 步骤一，已知的密封结构规格和所适配不同直径的水介质液压支架密封结构数据搜集：制作包含企业生产鼓型圈密封结构类型所有规格的EXCEL表，在EXCEL表中明确有：液压支架密封结构的规格，缸筒内表面直径Di，密封结构的鼓型圈厚度Li1和挡圈厚度ai1等一系列参数。操作过程：在收集数据过程中，将所有类型的密封结构按照工作表形式排列，每张工作表对应一种鼓型圈密封结构。以鼓型圈(平挡圈)为例，在单张工作表中从左到右依次是序号i，规格，Di(缸筒内表面直径)，Li1±0.3(鼓型圈厚度)，ai1±0.2(平挡圈厚度)，Mi(活塞沟槽厚度)，Li(拟合的鼓型圈厚度)，ai(拟合的挡圈厚度)。[0108] 步骤二，对水介质液压支架立柱密封结构关键数据的处理与数据拟合。在完成鼓型圈(平挡圈)尺寸公差表收集后，对相关参数进行汇总与处理：1、确定对鼓型圈(平挡圈)密封效果有影响的密封参数，2、确定对密封参数有影响的实测参数，3、将实测参数与密封参数带入MATLAB中进行数据拟合，4、确定拟合参数的相关表达式并进行汇总并完成该类型数据的处理。[0109] 通过收集的规格参数计算活塞沟槽厚度M＝(100?85)/2＝7.5mm。经过活塞沟槽厚度M与缸筒内表面直径D共同带入拟合公式(7)、(8)中：[0110] L＝f(M,D)＝?0.02192+1.098*M+0.0009269*D?0.000137*M2+0.000001497*M*D＝8.3mm(9)[0111] a＝f(L)＝?0.003072*L12+0.6482*L1?0.7056＝4.46mm(10)[0112] 通过上述两式所求得的拟合函数结果与相关的已测结构参数进行相关建模仿真设置。[0113] 步骤三，对水介质液压支架立柱密封结构拟合尺寸进行建模仿真测试。在完成鼓型圈(平挡圈)密封尺寸拟合后，通过拟合尺寸和实测未变尺寸进行建模与仿真。由密封机理可知：液压密封满足的基本要求是密封圈的接触应力需要不小于内部的压力，通过ABAQUS进行仿真可以方便的通过应力云图与路径规划求得对应的应力值。将ABAQUS所给出的应力值与实际工况(31.5MPA)进行对比，即可证明拟合尺寸是可以用到实际工况中参与密封的。[0114] 通过步骤2所得到的拟合鼓型圈厚度L，拟合的挡圈厚度a用于在ABAQUS中建立仿真模型(如图12)，在仿真模型中，鼓型密封结构(聚氨酯组件，挡圈和丁腈橡胶)与活塞沟槽模型和缸筒模型相接触。在仿真过程中将活塞沟槽模型完全固定，应力作用于缸筒模型(其中力的大小选取为工作压力31.5MPA的1.1倍，具体显示为缸筒模型上方的箭头)。对于缸筒模型、活塞沟槽模型材质设置为钢，在仿真过程中不发生变化。通过相关约束将密封结构限制在沟槽内，然后施加应力使得缸筒模型产生移动与密封结构接触面产生应力模拟装配过程中的密封结构预应力。[0115] 在对模型的分析阶段，通过对应力云图与距离—应力图的分析可以看到：聚氨酯组件的应力范围应在0?70MPA的范围内随距离增加呈现M形分布，且根据现在广泛应用的密封机理可知：聚氨酯组件两端靠近高压液体的区域应力应当大于液压立柱的正常工作压力(31.5MPA)的1.5倍(47.25MPA)，聚氨酯组件中部远离高压液体的区域应力应当小于31.5MPA，则能达到较好的密封效果。否则不恰当的密封圈选取或造成以下后果：1：当接触应力随距离变化的曲线上数值有80％大于2倍正常工作压力(63MPA)时，过大的预压缩量会造成鼓型圈复合密封快速磨损导致使用寿命缩减，2：当接触应力随距离变化的曲线上数值80％小于31.5MPA时，过小的预压缩量也会造成鼓型圈复合密封接触应力小于工作压力产生泄露导致使用寿命缩减。[0116] 本次由相关拟合尺寸生成密封结构模型仿真应力云图可以看出：密封结构的在靠近高压液体端的应力大于47.25MPA，且在远离高压液体端的应力小于31.5MPA；由图13可以看出：聚氨酯组件密封路径上的应力数值90％大于31.5MPA且小于63MPA。综上所述：拟合尺寸所生产的密封结构能产生较好的密封效果。[0117] 本发明提供的用于定制液压支架立柱缸筒密封结构的关键参数确定方法，它能够直观地通过生产人员所给定的液压支架的立柱缸筒直径进行相对应的定制密封类型选取和关键数据的拟合与估算，运用公式找出较合适的目标结构关键尺寸用于该直径的水介质液压支架密封，在对所预测密封结构进行评估阶段，采用ABAQUS对拟合结果进行建模仿真，通过理论形式表明了通过拟合函数所制作的密封结构是可以达到密封效果的。有效的减小了对生产规格外的液压支架缸筒直径选取密封结构关键数值的不确定性，避免了生产过程中工人经所造成的选值误差以至于生产误差，使得进行相关密封结构生产的试错成本明显降低。[0118] 以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2022-04-15

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN114722535B