液压缸是液压系统中最常用和主要的执行元件,而密封是否有效是保证其正常工作的关键因素。液压缸常用密封圈存在磨损快、易老化、工作寿命短等缺点,而具有补偿功能的密封可通过增大密封副接触压力来提高密封性能,使得密封的可靠性和使用寿命增加。相对于常规密封补偿技术,压力补偿液压往复密封圈可通过增大补偿压力,来提高密封性能。由于压力补偿具有自主性和可调节性,使得这种补偿密封圈具有较高的研究价值和适用性。但压力补偿密封圈在密封性能提高的同时,密封副的摩擦也会增大,这将导致密封圈的可靠性和液压缸机械效率的降低。因此,对于不同磨损程度的压力补偿密封圈,在综合考虑密封性能和摩擦的情况下,需要对补偿压力进行优化,使得补偿密封性能保持在最优状态。同时,由于密封副接触状态的复杂性,需要设计多传感监测的试验方案,以准确提取出反映密封圈性能的指标和参数。本文以液压缸活塞杆密封为对象,进行了压力补偿液压往复密封圈的设计和试验研究,主要完成了以下几方面研究工作:(1)基于荷载摩擦副失效概率理论,设计并优化了压力补偿液压往复密封圈,并通过有限元仿真证明:相比于常用Y形密封,所设计的密封圈可通过增大补偿压力的方法来提高密封性能。(2)设计了一种可在线调节补偿压力的系统装置和用于监测密封接触状态的多传感试验方案。通过数据处理,并基于静密封机理、流体润滑等理论和时域、小波包、功率谱分析方法,分别提取出了反映密封性能和摩擦特征参数的9项指标:外行程静密封接触压力最小值和均方根、外行程动密封接触压力均方根、外行程泄漏量、小波包熵、小波包最底层能量比、外行程油膜厚度均方根、摩擦力功率谱峰值、外行程摩擦力均方根。(3)分析了补偿压力与动、静密封性能和摩擦特征参数之间的关系。(4)基于模糊层次分析法(FAHP)在外行程提取的9项性能指标基础上建立了压力补偿密封的综合性能评价体系,并通过评价优化,为四种不同磨损程度的补偿密封给出了较优的补偿压力值。