液压缸密封技术经过长时间发展,已经在抑制泄漏等方面得到很大的提升,然而在实际工程中仍没有完全解决泄漏问题。针对液压缸泄漏问题,作者所在团队提出一种无泄漏柱塞缸,采用“礼帽”型结构的密封件代替传统的密封圈,在原理上不存在泄漏。但是无泄漏柱塞缸的这种结构导致柱塞伸出时会引起密封件的弹性变形,受制于密封件的变形极限,不易实现大行程。本文进行了较大行程工况的无泄漏柱塞缸设计,进行有限元分析及实验验证,对关键部件密封件进行了优化设计。本文针对无泄漏柱塞缸进行设计分析,以实现柱塞缸工作过程的较大行程。针对关键部件密封件的结构进行设计,在原有直筒型结构的基础上,设计了层叠型结构,分析层叠型结构的作用原理。基于有限元方法,对直筒型和层叠型密封件的柱塞缸快进工况进行有限元模拟,验证设计的合理性。利用ABAQUS软件,采用Mooney-Rivlin模型,分析计算两种结构的密封件的变形过程,对不同行程下的应变、Mises应力和剪切应力进行分析,对比分析显示,层叠型密封件能够实现柱塞缸的较大行程工况。设计实验验证有限元模拟的准确性,为了清晰地得到较大行程下密封件的变形状态,设计了双层结构的柱塞缸样机,内层缸为透明缸体,外层缸为开孔的钢制缸体。实验过程通过拍摄图片获取较大行程时密封件在不同位置的变形状态。对比分析实验结果和模拟结果,验证层叠结构的合理性和模拟结果的准确性。对层叠结构的密封件进行优化设计,以层叠角度和层叠距离为优化变量,以内层叠拐角处应力值最小和外层叠拐角处应力值最小为优化目标,进行多目标优化。选用最优拉丁超立方设计方法进行试验设计,共设计16组试验,对各组试验进行有限元模拟得到试验结果;基于试验结果建立二阶响应面优化模型;采用多岛遗传算法对模型进行优化,得到优化结果。根据优化结果确定了层叠型密封件的最优尺寸。对优化后的柱塞缸进行了快进和工进工况的有限元模拟,验证了优化设计的合理性。