其矿山机械的破碎、挖掘、运输等作业都要不断地承受着矿石的冲击、设备的启停的惯性等复杂的载荷，其核心的传动部位的密封系统就直接决定了设备的运行的稳定性。但 SKF的DF密封件作为矿山的机械密封的关键部件却常常会面临着冲击的载荷下其唇口的挤压变形，甚至出现了密封的失效等一系列的重后果。凭借对SKF重载的DF密封件的从结构的设计、材料的匹配、到仿真验证的三个方面的深入探讨，我们为矿山的机械密封系统的长效的运行提供了了较为充分的技术的参考。
一、矿山机械冲击载荷特性与密封件失效机理
其所带来的冲击载荷的特点就是峰值极高、作用的频率极大且经常发生波动，并常常伴随着一定的径向偏移。如以单斗的挖掘机为例，其在铲斗挖掘矿石的过程中，传动的轴承就必然承受了相当于其额定载荷的3-5倍的瞬时的冲击载荷，这种极大的载荷也就使得密封的件与轴、座孔之间的配合的间隙都发生了相应的瞬时的变化，从而造成了密封的唇口都受到一定的剧烈的挤压而发生了极大的相对的运动，从而使得密封的唇口都受到一定的剧烈的挤压而发生了极大的相对的运动。
但在该工况下传统的SKF重载的DF密封件的失效却多表现为三种形式：一是唇口的过度的挤压使得其产生了持久的变形，从而失去与轴的贴合的密封性；二其在密封的过程中由于密封的唇与轴的相对的滑动速度的瞬时的升高又加剧了其唇口的磨损；三其更主要的就是冲击对其所造成的对密封的骨架的变形，破坏了其整体的结构的稳定性。但其根源却 lay 在密封结构的抗挤压能力与冲击载荷的适配性之间的不相称的矛盾中，就需要从结构的设计层面对其作出针对性的优化。
二、SKF重载DF密封件的抗挤压结构优化路径
1、双唇口协同结构设计
但由于单唇口结构的自身的机械特性较为脆弱易受外界的冲击挤压等因素的失效问题，我们对其进行了较为深入的优化，对其采用了“主唇+副唇”的双唇口协同的设计，使其具有了更为强的抗冲击挤压的能力.。依托于对主唇的精心优化，其原有的密封功能得到了充分的保留，同时也将其结构的弧面变为了具有较大半径的变截面弧面，从而根据常见的矿山机械轴的径规格对其的弧面半径的大小都做了充分的优化，使得当冲击载荷的作用下产生的载荷均能沿其弧面均匀的分散，有效的减少了对主唇的局部应力集中，从而大大提高了其抗冲击的能力。借助对其外的副唇口的设置，将其作为抗挤压的支撑结构，与主唇口形成15°的夹角，该角度的设置经多次的载荷的模拟的验证也可为主体的结构提供了额外的支撑确保同时也可不影响主体的密封的唇跟随性。
依托于在双唇的口中间再增设了一个环形的缓冲腔并将其腔内填充了弹性好的缓冲材料，使其在物体的瞬时冲击载荷的作用下，缓冲材料可通过压缩的变形将其所能吸收的部分能量降低了主唇口的直接的受力，从而起到保护主唇口的作用。通过对SKF的密封件的结构的巧妙的设计使其具有了更高的抗挤压的极限性，经对其的测试也可承受较传统的结构的几倍的瞬时的冲击的压力。
2、骨架与弹性体的匹配优化
其抗挤压的能力主要取决于骨架的支撑强度与弹性体的形变协调性才能取得较好的成效。基于对SKF的经典DF密封件的深入优化，其所采用的“高强度的合金钢骨架+改性的丁腈橡胶的弹性体”的组合方案为其带来了更高的密封性能和更大的可靠性等.。凭借对含铬的合金钢的精心的调质处理，使其屈服强度的提高了10%以上甚至20%以上甚至更高，相较于传统的碳钢骨架都能有效的避免了由冲击载荷所带来的骨架的弯曲变形等一系列的不良后果。
借助对丁腈橡胶的纳米级二氧化硅的合理的掺入，对其改性的弹性体都能较明显的提高其拉伸强度和抗压缩的持久变形性能.。凭借对弹性体与骨架的结合工艺的不断的调整和采用了二次的硫化的技术使得两者的结合强度都得到了明显的提升，从而有效的防止了在冲击载荷下出现的弹性体与骨架的剥离等问题。通过对材料的精心优化以及对工艺的不断的完善，SKF的密封件即使在承受了反复的冲击之后也能保持较好的唇口的回弹率，从而为其长期的密封性能的确保提供了坚实的物质基础。
3、辅助密封结构的补充设计
基于对SKF的DF密封件的两处辅助的巧妙的设计不仅能进一步地提高了其对挤压的抗性的成效，而且还能对其结构的刚性和稳定性都起到较好的确保作用，尤其是在密封唇根部设置了环形的加强筋，对其形成了对唇口的刚性支撑，减少了唇口的径向的变形量，对其抗挤压的能力起到较大的提高，对其密封的可靠性也起到了较好的确保作用；另外在密封件的外圈又设置了锯齿形的防脱的结构，使其与密封的座孔的配合的精度都能提升至IT7级，对其在冲击载荷下所能承受的整体的窜动都能起到较好的控制，对其在实际的工作中所能承受的各类的外力都能起到较好的抵御作用。
而通过对密封件的内侧增加了螺旋式的回油槽，当设备的运行过程中产生的润滑油的渗漏就可利用其自身的离心力将油液导回密封的腔内，同时也可将外部的粉尘都阻挡在了密封的腔内，从而对密封件的抗挤压的性能都起到了一定的保护作用。基于对SKF的辅助结构的精心的设计，使其形成了“主密封+抗挤压+防污染”的三元的综合的防护体系。
三、优化成效的仿真与实验验证
1、有限元仿真分析
依托于对SKF的重载DF密封件的三维的模拟仿真试验，分别对其在矿山机械中常见的冲击载荷的工况的失效的规律及失效的特征等方面的研究.利用ABAQUS有限元分析软件建立了SKF的重载DF密封件的三维的模拟仿真试验,对其在矿山机械中常见的冲击载荷的工况的失效的规律及失效的特征等方面的研究.。采用对瞬时的冲击载荷、长期的持续工作载荷以及温度的变化等多种因素的确切的输入模型的分析手段，可对密封件的应力分布、变形量及接触的压力变化等的变化规律等都有了较为深入的了解.。通过对比的仿真结果可见，相对于传统的结构设计我们的优化后的密封件主唇口的大应力值都降至了相对较低的数值，且应力分布均匀无明显的应力集中区域；而唇口的大径向的变形量也都控制在以1.5mm的范围内都处于弹性形变的范围内都不会产生持久的变形。
通过对动态冲击的精密仿真试验表明，经过优化的新型密封件不仅能在1000次的循环冲击载荷下其结构的完整性均能保持良好，而且传统的密封件仅300次的循环载荷就已出现了唇口明显的开裂迹象，从而充分地证明了优化的新型密封件的抗疲劳性能的显著的提升。
2、台架实验验证
通过对SKF的优化后的密封件在标准的试验轴上将其搭建在模拟的矿山机械的冲击载荷的密封件的台架的实验的装置中，分别设定其对应的冲击载荷的峰值、冲击的频率等参数，对其分别进行了连续的1000小时的耐久性的实验。基于对其的实时的监测其密封件的泄漏量、唇口的变形及表面的磨损等情况的动态变化，能够更好地为其后续的使用提供依据。
凭借对SKF的优化后对比的实验结果表明其在整个的实验周期内泄漏量始终控制在矿山机械密封的标准之内，且唇口的累计变形量仅为1.0μm，无持久的变形，对比传统的密封件其表面磨损量均较之传统的密封件均减少了1/3以上。借助对比的实验表明，其优化的SKF密封件的使用寿命可达传统的结构的2-3倍，大幅地降低了了设备的维护频率。
3、现场应用验证
通过对优化后的SKF的重载DF密封件的对接后将其应用于某大型矿山的挖掘机的回转支承部位，对其进行为期6个月的现场的试用。其日均作业时间长达12小时，主要从事着对硬岩的疏通挖掘，对其传动的各个部位都常常承受着十分频繁的冲击载荷。经试用后对密封件的拆解检查表明其唇口的密封完好，无明显的挤压变形和重的磨损迹象，而且相比传统的密封件其回转支承的润滑油的泄漏量都有所减少，从而大大地降低了设备的非计划的停机时间，降低了了了设备的维护成本等。
通过对双唇口的协同设计、骨架与弹性的稳准的匹配优化再加上对辅助的密封结构的充分的补充等对SKF的重载DF密封件的抗挤压的性能都得到了较为显著的提升。基于对SKF密封件的充分的有限元仿真、台架的试验以及现场的应用均证明了优化后的SKF密封件不仅在冲击的载荷的适应性上都有了明显的提高，而且其密封的稳定性也大大地得到了提高，能很不错的满足了矿山机械的极其严苛的工况的需求。
矿山的机械化不断向大型、智能的方向发展同时，对密封件的工作载荷和所承受的高温的挑战也将日益增大。通过对SKF密封件的研发将其与复合材料的技术和智能的监测手段相结合，开发出具有自我修复的功能或能实时的对其状态的监测的密封的产品，从而为矿山的机械的便捷的运行提供了更为全方面的确保。
