杨忠炯 ，包 捷 ，周剑奇 ，李 俊

1 前言

格莱圈作为液压缸活塞密封件，一般情况下是由橡胶制成的O型密封圈和聚四氟乙烯PTFE圈组合而成,其结构如图1所示。以全断面硬岩掘进装备TBM为例，其工况条件极端复杂、且具不确知性和不确定性,在破岩掘进作业过程中所产生的强振动问题十分突出，现场故障资料表明,TBM破岩掘进过程中,推进液压缸故障表现为内泄漏严重［1］。主要原因是强振动引起的密封件运动，导致密封面不能迅速追随间隙波动。并且橡胶的黏弹性可导致移位后表面恢复中的应变相滞后，从而导致泄漏。因此需要在振动工况下保证密封圈的严密性。

图1 格莱圈结构

目前对格莱圈的研究主要集中在在不同压缩率、不同油压时密封面接触压力分布规律进行探讨分析，确定格莱圈易失效位置，分析压 缩率和气压对格莱圈密封面最大接触压力的影响［2,3］，而针对格莱圈在振动工况下（如间隙张开）的研究还很少。研究基础振动下格莱圈的密封性能对振动工况下格莱圈的选型与结构优化具有参考价值。

2 基础振动下间隙波动数学模型

密封间隙的变化主要是径向基础振动引起的，为了得到径向基础振动对密封间隙的影响规律，必须要得到在径向基础振动下活塞位移变化规律。TBM推进液压缸活塞杆端通过中间件由销轴连接到撑靴上，在径向基础振动的作用下，将液压缸系统简化成如图2所示的弹簧—质量系统，缸体位移为xc,活塞位移为xp，k1、k2为橡胶密封圈等效刚度，c1,c2为橡胶密封圈等效阻尼，m为活塞和活塞杆质量，l为活塞杆长度，假设φ为杆在运动过程成旋转角度。……