旋冲载荷下传动轴组合密封沟槽敏感参数研究*

随着勘探深度的增加,地层压力升高和岩石硬度增加,螺杆钻具经常发生横向涡动、纵向跳动、扭向振动及黏滑现象,限制了冲击螺杆钻具的推广应用。为研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封特性及参数敏感性具,对比相同工况下星形圈、O形圈和组合圈密封特性,得到不同密封圈在静密封、动密封状态下接触压力分布,根据主密封面接触压力判定方法得到最佳密封圈结构。根据该结构研究沟槽敏感参数,并讨论沟槽形状、位置、数目和宽度等对组合圈密封特性的影响。结果表明:组合圈密封效果远远优于O形圈及星形圈;沟槽形状采用等腰三角形、沟槽数目为3时密封性能最优,沟槽位置于中间最合理;静、动密封状态下,主密封面接触压力随沟槽宽度增大而增大,而静密封状态下次接触面接触压力及O形圈应力几乎不变。     

热机耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴密封性能分析*

针对高温、三维复合运动(往复+旋转)耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封失效问题,设计氢化丁腈橡胶热老化试验,基于热老化试验数据建立热老化效应冲击螺杆钻具传动轴总成O形密封圈三维有限元模型,采用有限元方法研究流体压力、温度、摩擦因数和往复速度对传动轴总成O形密封圈静密封及动密封性能的影响。结果表明:静密封状态下高应力区位于O形密封圈右侧,高接触压力区位于O形密封圈内接触面、外接触面和侧面,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大,最大接触压力整体上随着摩擦因数的增大而减小;动密封状态下最大von Mises应力和最大接触压力在往复速度为0.4 m/s和摩擦因数为0.25出现异常规律,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大。由此建议密封圈在静密封和动密封状态,在往复速度小于0.4 m/s和较小摩擦因数下运行。     

基于响应曲面法的双Y形密封圈接触压力分析及优化设计

为改善双Y形密封圈在井底高温、高压工况下的密封性能,建立双Y形密封圈的二维轴对称模型,采用有限元分析软件ANSYS分析初始压缩量、润滑油压力以及润滑油与泥浆压差对双Y形密封圈密封面处接触压力的影响。结果表明:密封面处的最大接触压力随着润滑油压力的增加而增加,在不同润滑油压力下,最大接触压力始终大于润滑油压力,能够形成良好密封;随着初始压缩量的增加,最大接触压力逐渐减小,因此在保证形成良好密封的前提下,适当减小初始压缩量可以提高密封性能;随着压差的增加,最大接触应力先增加后减小最后趋于平缓。基于响应曲面法,以获得接触面最大接触压力为优化目标,对双Y形密封圈进行优化设计,得到其最佳优化组合方案。     

动压波形密封泵吸效应分析

Kalsi密封是一种具有特殊波形的旋转动密封,能够在高温、高压、磨粒介质环境和振动的工况下工作。针对Kalsi密封面间形成流体动压润滑现象,对Kalsi密封波形边的泵吸效应形成原理进行研究,得出密封面间总泵吸量与各参数之间的关系式,并结合ANSYS有限元和MATLAB计算,对影响波形边泵吸效应的5个参数进行分析。结果表明:增大密封的波幅和波数,均能够使得密封面间的泵吸效应增大,有利于流体动压润滑的形成;动压波形边的泵吸效应随着转轴转速的逐渐增大,先增大至一定值随后呈现近似线性减小的趋势;随着密封工作压力的增大,动压波形边的泵吸效应逐渐减小,不利于密封面间流体动压润滑;动压波形边的泵吸效应随着橡胶硬度的增大而逐渐减小,从而使得动压波形边的总泵吸量减小。     

商用车多刚体动力装置-悬置系统振动模态特性与系统匹配分析

以商用车动力装置-悬置系统为研究对象,分别建立了动力总成-空调压缩机-悬置系统模型和动力总成-传动轴-悬置系统模型,计算了以上两种多刚体-弹性系统的振动模态,进行了动力总成的刚体振动模态频率关于耦合子系统参数的变化历程分析。计算和实验结果表明：空调压缩机通过其传动带与动力总成的耦合对动力总成的刚体振动模态有显著影响,使得动力总成-悬置系统的刚体振动模态频率提高了,不利于隔振设计目标的实现,但传动轴的影响较小。据此提出了关于动力总成-空调压缩机-悬置系统的弹性耦合刚度匹配改进建议。     

空气螺杆钻具定转子啮合动力学仿真分析

为研究空气螺杆钻具结构参数与其工作效率及使用寿命的关系,建立了空气螺杆钻具一个导程的非线性动力学模型。采用橡胶Mooney-Rivlin双参数模型,考虑橡胶衬套材料非线性、内压及转子惯性对橡胶衬套的作用,对空气螺杆钻具进行了动力学仿真。研究了过盈量、偏心距变化对空气螺杆钻具定子衬套应力应变和摩擦阻力矩的影响。结果表明,过盈量和偏心距的变化对空气螺杆钻具摩擦阻力矩及定子衬套所受应力应变均有影响,而过盈量变化的影响作用更加明显,合理调整过盈量和偏心距可以提高空气螺杆钻具的工作效率和使用寿命。     

基于密封接触强度的水下井口连接器VX钢圈密封特性分析

考虑密封面有效接触长度对密封性能的影响,以密封接触强度为评价指标,采用有限元方法分析水下井口连接器VX钢圈在不同预紧力、工质载荷和结构参数下的密封特性,并与以单一密封面接触应力为评价指标的密封特性分析结果进行对比。结果表明:预紧力是影响密封性能的重要因素,在保证连接器锁紧结构安全性的同时,要尽量提高安装预紧力;与接触应力相比,密封接触强度能够更好地模拟VX钢圈密封性能随预紧力、工质压力和结构参数变化的趋势。因此,在连接器VX钢圈密封特性分析过程中,应该优先选择密封接触强度作为密封性能评价指标。     

螺杆钻具用新型推力球轴承的设计及力学分析

推力轴承组是螺杆钻具传动轴总成中的薄弱环节之一,它直接影响着螺杆钻具的使用寿命。在传统四点接触球轴承的基础上设计了一种新型推力球轴承。并利用有限元软件对设计的推力球轴承进行了力学分析,研究了轴向载荷、滚珠直径和滚道曲率半径对其力学性能的影响。结果发现,与常规的四点接触球轴承相比,改进后的推力球轴承较的应力更小。其中,滚珠的等效应力和接触应力随轴向载荷和滚道曲率半径的增大而增大,随着滚珠直径的增大而减小,且均成非线性规律变化。     

PLC1000型立轴式冲击破碎机传动轴装置的研制

根据立轴式冲击破碎机高尘、重载、高速旋转及承受冲击的工作特点,对传动轴装置的结构、材料及冷却、润滑、密封系统进行研究、设计,以确保立轴式冲击破碎机高速旋转顺畅,免受冲击振动影响。实践证明,PLC1000型立轴式冲击破碎机传动轴装置的结构设计和选材合理,为立轴式破碎机提供了很好的旋转工作动力传动系统。     

交变气动冲击锤瞬态冲击特性分析

应用一维瞬态应力波特征线法对交变气动冲击锤的冲击系统进行理论分析,研究冲击部件之间瞬态波的传播及撞击接触面撞击力的变化规律。重点利用非线性动力学分析软件LS-DYNA对交变气动冲击锤的冲击系统模型进行仿真计算,并与理论分析结果对比,验证了仿真模型具有较高的可靠性。研究中计算分析活塞初始冲击速度、工作介质性质对撞击接触面撞击力和活塞冲击反弹速度的影响,得出了活塞瞬态动力特性与活塞初始冲击速度和工作介质性质的关系。研究结果表明,不同物理特性的工作介质对应的气动冲击锤瞬态冲击特性也不同。研究结论为进一步研究气动冲击锤以活塞的冲击特性来判断工作对象的性质提供了理论依据和实际参考。