為了提高盾構機主軸承密封圈的密封性能，建立主軸承密封圈優化設計流程，利用ANSYS Workbench分析研究壓緊環唇形密封圈結構尺寸對其密封性能的影響，結果發現壓緊環的直徑、密封圈唇口的傾斜角度和密封圈的高度對其密封性能影響較大，結合這些參數，對壓緊環唇形密封圈進行優化設計，優化分析的結果大幅提高了密封圈的密封性能，為盾構主軸承密封圈的設計選型提供了參考。

　　引言

　　跨江越海隧道具有大埋深、高水壓、長距離且地質條件復雜多變的特點，這對盾構機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，將會造成盾構機無法正常工作。這種情況一旦發生，盾構施工的風險就會增加，工期也會延長，引起成本增加，給施工企業帶來巨大的損失。目前關于盾構機主軸承密封圈的密封性能研究并不多。文獻和文獻研究的是O形圈在不同壓力下的接觸壓力及等效應力的分布情況及變化規律；文獻從理論和實際應用兩個方面對O形密封圈的可能失效原因進行了分析，并對O形密封圈進行了改進設計，最終解決了液壓系統的泄漏問題；文獻研究了三元乙丙膠材料的密封圈硬度對其密封性能的影響；文獻研究了唇形密封圈在不同載荷下的受力情況和密封性能；文獻研究了彈簧圈預緊、過盈配合以及不同的介質壓力對旋轉軸唇形密封圈密封性能的影響，得到了旋轉軸密封圈的等效應力分布規律以及唇口處接觸應力的分布曲線；文獻和文獻主要研究了Y形密封圈在工作環境下受力情況及密封性能。

　　上述文獻研究的內容和范圍比較廣泛，但針對盾構機用的壓緊環唇形密封圈的結構參數與密封性能之間的關系研究有所缺乏。文章將以常見的盾構機主軸承外密封所用的壓緊環唇形密封圈為研究對象，分析盾構機主軸承外密封結構采用的唇形密封圈的密封性能，研究在相同載荷作用下，同種材質的唇形密封圈接觸壓力與其結構尺寸的關系，分析主要結構尺寸參數對密封圈接觸壓力和等效應力的影響，優化密封圈的結構尺寸，提高了其密封性能。

　　1、盾構機主軸承外密封結構簡介

　　目前國際上著名的盾構機廠商對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密封圈安裝示意圖如圖2所示，這是一種常見的盾構機主軸承外密封結構，密封腔被兩道壓緊環密封圈和兩道唇形密封圈分隔成5個相對獨立的密封腔，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。在安裝時，通過密封隔套和外密封壓環壓緊硬化橡膠環，使密封圈唇口產生一定的預壓力，提高密封效果。在相同載荷作用下，對于同種材質的密封圈，若其結構尺寸不同，這種預壓力的大小也不同，通過分析這種預壓力和結構尺寸的關系，優化密封圈的結構尺寸，使其在裝配時能產生最大的預壓力，從而在接觸面上產生更大的接觸應力以提高其密封性能。

圖2 壓緊環密封圈安裝示意圖

　　5、結論與總結

　　文章在研究優化設計模型的基礎上，建立壓緊環唇形密封圈的優化設計流程。根據此流程，結合實際的工況條件，對壓緊環唇形密封圈進行優化設計。對比優化設計前后的密封圈受力狀態后發現，在相同的載荷條件下，優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，而密封圈的變形量僅增加了22%，說明優化后的設計方案能有效增加密封圈唇口與密封襯套之間的接觸壓力，提高壓緊環唇形密封圈的密封性能。