锥阀是液压系统中重要元件之一，其结构简单，动作灵敏，密封性能良好，因而在液压领域获得了广泛应用.在液压密封阀门中，锥阀以其动作灵敏以及 良好的密封性而被应用于快速锁紧密封领域.而 在密封状态下，锥阀阀口与阀套间的接触密封状态为线接触状态，接触面积小，阀口应力高.虽然在静态条件下阀 口的应力很高而没有引起明显损伤 ，但接触应力往往具有周期性，可能会引起疲劳破坏、点蚀或表面脱落，进而造成密封的不可靠甚至导致密封完全失效.因此，当锥阀密封结构被应用于重要的密封场合，则有必要对其接触应力分布以及密封可 靠性进行可靠的分析，以免工作时因锥阀阀口的接触强度不足或密封性能较差而导致意外事故的发生.但就目前而言，对该种密封结构的接触分析尚属少见.为此，笔者应用 ANSYS中的接触单元对这种结构的接触应力分布以及密封的可靠性做一些基础的分析工作.

1 锥阀接触密封的工作原理

图1为用于接触密封的锥阀密封结构简图.其本工作原理如下：当控制油从入口4进入到油腔5，于油腔5的油液压力高于油腔3的油液压力，锥阀受到的合力方向向左，导致锥阀向左运动.这样锥阀口与阀套之间相分离，控制油腔3和控制油腔 5现油液互通.当控制油从入口2进入到油腔3中，于油腔 3的油液压力高于油腔5的油液压力，锥阀受到的合力方向向右，导致锥阀向右运动.这样锥在合力的作用下与阀套紧密接触，使油腔3与油腔相互隔绝，从而实现了锥阀在控制油源作用下的接密封.由于在该应用中，锥阀的主要用途是关闭密封因此在整个接触密封系统的设计中，锥阀结构的密封可靠性及泄露量便是设计成败的关键所在.

2 接触密封的机理

在接触密封的应用中，造成泄漏的因素有很孝但主要有密封面问的间隙及其两侧的压差 ，其中前者对密封性能的影响则更为显著.因此，密封性能的提高可从两方面人手： (1)对密封面进行精细加工，降低其粗糙度. (2)加大密封的接触力，使接触面产生弹塑性变形，将密封面上的微观轮廓峰压平，以至于接触面 问的间隙小到流体无法通过 ]. 一般来说，在密封面不至过于粗糙的情况下，接触密封力的大小对密封性能的影响则更为明显.在 相同条件下，密封力太小容易引起泄漏;密封力太大又容易引起密封的损坏.密封力的大小直接影响阀门的密封性、可靠性和使用寿命.因此，在密封结构的设计时 ，在保证密封所需 的最小密封力的基础上， 应适当加大密封力，但不应造成密封的损坏.因此，在接触密封中接触应力的大小及控制就成为一个很重要的问题，它直接关系到接触密封的可靠与否以及密封性能的好坏.

3 有限元接触理论

接触问题是一种高度的非线性问题，与一般问题相比，仅在于增加了接触界面的约束条件，可采用简单迭代法，Newton～Raphson法(简称 N-R法)以 及各种修正的 N—R法来逼近有限元方程组的真实解 .对于接触问题中的特殊的边界约束条件，可采 用拉格郎日乘子法，罚函数法等方法将这些附加条件引入泛函，重构一个修正泛函，将问题转换为求修 正泛函的驻值问题.拉格郎日乘子法可以精确满足约束条件，但同时导致方程自由度数的增加，使求解方程的系数矩阵包含有零对角元素，带来求解的不便.而罚函数法恰好与此相反，但它不会增加方程的自由度数，能使系数矩阵保持正定，但只能近似满足约束条件.笔者结合两者的优点，采用增强的拉格郎日法， 通过罚函数的修正迭代找到精确的拉格郎日乘子， 从而实现方程的求解.

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液压油封 (http://www.cfw-nok.com/)