旋转冲击载荷下组合密封的敏感参数研究

在高温、三维复合运动耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封极易失效,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,定义轴与滑环形成的接触面为主密封面,O形密封圈与槽底面形成的接触面为次密封面,基于主密封面接触压力,对影响冲击螺杆钻具传动轴组合圈密封特性的相关参数进行数...     

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。     

高速摄影测量在旋冲钻进试验中的应用

利用高速相机记录液压旋冲钻进中钎杆不同冲击压力、旋转压力和推进力情况下的作业过程,同时采用数字图像处理技术,绘制钎杆在旋冲钻进过程中的冲击振动、扭转振动以及试验台架在冲击过程中的受迫振动的曲线,得到钎杆冲击频率和扭振频率、钎杆及试验台架的振幅及其相关性等重要数据。试验结果同传统电测结果基本一致,但与传统传感器测量比较,高速图像采集分析技术是一种无接触、全局化、适用范围广、自动化程度高,精度满足试验要求的量测手段,能够更直观充分地描述旋冲钻进中钎杆振动变化过程。     

钻机旋冲钻孔过程中破岩效率的研究

针对岩石钻机旋冲钻孔过程中破岩效率低的问题,基于岩石力学理论和有限元理论,建立了球形钻齿与岩石的相互作用受力模型以及旋冲钻孔破岩的有限元模型。采用了非线性有限元分析软件LS-DYNA来模拟不同参数下的旋冲钻孔过程,得到了钻头破岩过程中钻齿吃入深度与时间以及破碎体积、破碎比功随转速和频率的变化曲线;分析了转速与频率对破岩效率的影响规律。研究结果表明:转速对钻齿吃入深度影响不大,岩石破碎主要发生在冲击力卸载之后,当转速在30 r/min～35 r/min,频率在20 Hz～30 Hz范围内,破岩效率相对较高,能够充分提高能量利用率;该结果可以为钻头的合理设计以及岩石钻具的钻孔工艺参数选择提供依据。     

高压锥形滑环组合密封研究

开发一种高压滑环组合密封——锥形滑环组合密封。它采用2个O型橡胶圈,以增大对滑环的挤压能力;在两O型圈之间装有一金属挡隔圈,左侧O型圈在密封腔内压作用下通过挡隔圈来挤压右侧O型圈,增大其变形,提高对滑环右端区域的挤压力;在滑环左侧设计一组弹性元件,安装时给予一定的预压缩量,以其弹性恢复力作为零内压时的密封动力,使密封件在启动时也具有良好的密封性能。该组合密封具有滑环磨损自补偿和根据密封腔内压变化自动调节O型圈截面直径压缩率的功能,适用于磨损严重的恶劣密封环境。数值模拟结果表明,该组合密封的静密封面和动密封面均能满足高压密封条件,且密封安全系数合理。     

液压支架立柱组合蕾形密封圈结构参数与密封性能研究

以某大采高液压支架立柱组合蕾形密封圈为研究对象,采用有限元法分析唇内、外倾角和唇谷高等结构参数对组合蕾形密封圈静密封性能的影响,同时研究油压压力、密封间隙、立柱活塞速度、摩擦因数对密封圈动密封性能的影响。结果表明:一定取值范围内,唇内、外倾角和唇谷高越大,静密封性能越好;油压越大、密封间隙越小,动密封性能越好;摩擦因数越大,外行程时动密封性能越好,内行程时则相反;活塞运动速度对动密封性能影响较小。为保证该组合蕾形密封圈具有良好的综合密封性能,各参数优化取值范围为:唇外倾角20°~30°,唇内倾角20°~35°,唇谷高度12.2~13.2 mm,摩擦因数小于等于0.1,密封间隙0.1~0.3 mm,油压不超过50 MPa。     

SDDC型双作用液动旋冲接头能量利用率研究

对SDDC型双作用液动旋冲接头主要工作过程中的能量转化及利用问题进行了分析,建立了该型双作用液动旋冲接头各工作过程的能量方程。依据能量方程,推导出了液动旋冲接头的单次冲击能量、冲击频率、水力能量利用率的计算模型,并对计算模型进行了验证。研究了泵的排量、泵压、旋冲接头的结构尺寸,以及冲锤质量等对泥浆泵工作情况及水力能量利用的影响,研究结果表明：泥浆泵的泵压、排量增大,SDDC型双作用液动旋冲接头的单次冲击能量、工作频率、水力能量利用率增大,反之,则相应减小;旋冲接头的结构尺寸和冲锤质量对水力能量的利用率影响也很大。     

冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性分析及模型参数辨识

对自行设计的长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验,测试其在冲击载荷下的动态特性.通过采用非线性最小二乘法对试验数据拟合,得到基于Herschel-Bulkley磁流变液非线性本构特性的平行平板恒流模型能够准确描述,冲击载荷下后坐过程速度下降阶段磁流变阻尼器的动态特性.针对以上模型在高低速时函数表达不同且形式复杂的缺点,采用双曲正切函数描述低速时阻尼力随后坐速度平滑下降的特性,提出一种形式统一、表达简洁的磁流变阻尼器动态模型,并对模型中的参数进行了辨识.利用所提出的磁流变阻尼器动态模型,在Matlab/Simulink中建立磁流变阻尼器冲击后坐仿真平台,并对本次冲击试验进行数值仿真,结果表明仿真曲线与试验曲线吻合较好,证明以上简化模型的正确性.     

水力加压器组合密封结构设计及参数优化

为了提高水力加压器密封性能,设计一种由滑环与O形密封圈组成的组合密封;利用流体压力渗透载荷的加载方法对密封结构进行有限元仿真,得到单因素滑环结构参数对密封性能的影响规律;利用正交试验,分析多因数滑环结构参数综合作用对活塞密封性能的影响。研究结果表明:滑环沟槽底部厚度、滑环侧边宽度、滑环高度、活塞单边径向密封间隙对动密封面接触压力影响依次减弱,新型密封结构选择滑环高度6.5 mm、滑环侧边宽度2.65 mm、滑环沟槽底部的厚度0.7 mm、单边径向间隙0.25 mm时,其最大接触应力比常规O形密封圈结构提高了245%;新型密封结构中的动密封面接触应力比常规O形密封圈结构有了显著的提高,提高了水力加压器的密封性能。     

交变载荷作用下端面密封热力耦合特性分析

为研究交变载荷和热力变形对端面密封瞬态耦合特性的影响,以烟气脱硫釜用侧入式单端面机械密封为研究对象,考虑流体黏度随温度的变化,建立其热力耦合计算的数学模型并给出详细的求解边界条件,推导弹簧作用力的交变载荷数学表达形式,通过与载荷时间结合的瞬态分析模型,采用Galerkin差分格式对时间域上的雷诺方程和热传导方程进行离散,获得密封端面的接触压力、摩擦扭矩和温度分布等性能参数。结果表明:瞬态分析中各密封性能参数在每一时刻点仍表现出与稳态工况相似的特征,端面局部接触且处于高温区;随时间变化的弹簧比压,改变了密封装置的受力状况,使得密封端面的接触压力、摩擦扭矩、温度等呈现出交变的瞬态特征,且端面温度等热特性出现明显的热迟滞现象。     

旋转轴唇型密封圈的寿命预测研究

提出基于ABAQUS软件和疲劳分析软件FE-SAFE预测旋转轴唇形密封圈寿命的方法.以某型号减速器中的输入轴与轴承端盖间的旋转轴唇形密封圈为研究对象,通过构建预紧状态下旋转轴唇形密封圈的有限元模型,获得旋转轴唇形密封圈的过盈量和理论接触宽度与唇口最大接触压力之间的关系曲线;根据ABAQUS获得的应力,并结合材料应力-循...     

新型双螺旋槽端面密封主要结构参数对密封性能的影响

针对一种用于高速高压、超低温等极端工况下的新型双螺旋槽端面密封装置,在等密封闭合力的假设下,对动环槽形几何结构参数,如槽深、槽数、槽台宽度比及螺旋角对密封性能(密封间隙、泄漏量及液膜刚度)的影响进行了理论研究。综合考虑较小密封泄漏量和较大的液膜刚度,计算结果表明取较小的槽深(考虑实际工作过程中启停过程带来的磨损,不宜小于15μm),槽数10~15个,槽台宽比0.25~1.0,螺旋角α≤20°较适宜。     

车桥旋转轴唇形密封圈仿真研究

介绍了驱动桥旋转轴唇形密封圈的概况、基本机构形式,阐述了其密封机理,利用有限元分析软件ANSYS建立了密封圈的模型进行仿真,进行了外露骨架油封和内包骨架油封的对比,分析了车桥油封结构对其密封性的影响。结果表明,该模型计算得到的车桥油封静态条件下的变形和Von-mises应力分布情况与实际情况基本一致,且在相同条件下,内包骨架油封比外露骨架油封具有较大的变形量和较大的唇口Von-mises应力分布区域。     

水下作业工具中齿轮马达轴端密封的研究

通过对水下作业工具管路卸油压力的分析,确定了齿轮马达输出轴轴端密封的压力,分析了唇形骨架密封失效的原因,设计了O形密封圈与L形衬环组成的组合式密封,介绍了密封原理,分析了O形密封圈受力密封状况及L形衬环工作原理,经过对水下作业工具中液压马达轴轴端密封的改造及实验,实现了液压马达输出轴的带压旋转动密封,保证了水下作业工具的稳定、可靠、安全作业。     

转速对旋转式唇形密封接触性能参数的影响

为研究转速对旋转式唇形密封圈接触性能参数的影响规律,采用ANSYS软件建立唇形密封圈在旋转离心力作用下的有限元模型,求解唇形密封圈的应力应变和接触性能参数.结果 表明,在研究的密封圈转速范围内,密封圈的应力应变集中作用在其腰部结构和唇口部位;随着转速的增加,密封圈接触宽度、接触压力最大值和径向力等接触性能参数呈现非线性...     

表面纹理对旋转轴唇形密封性能的影响

在唇形密封圈唇端两侧设置整齐排列的圆形、正方形和等边三角形3种凹坑纹理形式,建立具有表面纹理的旋转轴唇形密封圈的有限元模型,并分析获得密封面静态接触压力和变形系数矩阵;建立综合考虑混合润滑和空化及表面纹理形状影响、耦合流体场和弹性变形场的唇形密封圈接触区域密封数值计算模型,并建立集有限元分析与数值计算于一体的唇形密封圈接触区域泵吸率计算流程。计算结果表明:表面纹理结构使得密封唇与轴的接触压力相对下降,且有效地增大唇形密封圈的膜厚并改善泵吸效果;相较于圆形和正方形纹理,三角形纹理对唇形密封圈的改善效果最佳。但表面纹理结构在改善密封区域润滑状态的同时,也造成密封动态压力的波动,且三角形纹理的影响更显著。     

贫油润滑下深沟球轴承的接触参数分析

采用有限元方法对深沟球轴承进行摩擦接触分析,得到深沟球轴承的接触应力、接触变形量、径向变形量及相对滑移分布规律,研究结果与赫兹理论计算结果的吻合程度较好,证明了有限元分析方法的可靠性。分析了载荷、摩擦系数对轴承接触应力、接触变形量、相对滑移量和径向变形量的影响,结果表明,轴承的接触应力、接触变形、径向变形量和相对滑移量随载荷的增加而增大,而随摩擦系数的增加而减小。     

Research on Effects of Groove Shape Optimization on Cavitation and Lubricating Characteristics for Microgroove Rotary Seal

This article studies the effects of groove shape optimization on cavitation and lubricating characteristics of microgroove rotary seals (MGRS). A lubrication model considering cavitation effects for MGRS is established to obtain the variation in cavitation and lubricating characteristics with operating conditions. Furthermore, an optimization model of groove shape based on the lubrication cavitation model is developed and an optimal groove is obtained by co-designing the parameters of both groove shape structures and molded lines. The effects of optimal grooves and ordinary spiral grooves on cavitation and lubricating characteristics are compared and validation tests are carried out. Theoretical and experimental results indicate that the lubrication cavitation model based on the mass conservation boundary condition for MGRS could accurately predict the cavitation region of ordinary spiral grooves. Optimal grooves improve the pressure distribution of the groove area and restrain the generation of a cavitation region; therefore, the fluid bearing capacity and dynamic stiffness of optimal grooves are much larger than those of ordinary spiral grooves.     

型槽参数对斜直线槽液膜密封性能的影响

为进一步探索斜直线型槽对密封性能的影响机制,基于质量守恒边界并定义液膜密度比,建立斜直线槽液膜密封动压润滑模型;采用有限差分离散方程,对比分析液膜空化理论与实验值,验证计算模型与程序准确性;研究斜直线型槽参数包括槽数、槽深、径向和周向槽宽比对密封性能的影响。结果表明：不同倾斜角时,在临界范围内,增加槽数或增大槽深均有助于提升液膜承载力、增大泄漏量并有效降低液膜空化,尤其在较大倾斜角下;在一定范围内,虽均增大径向和周向槽宽比可提升液膜承载力、促进液膜空化发生及增大泄漏量,但影响规律不尽相同。以提升液膜承载力为目标,得出的最优型槽参数为槽数42、槽深25μm、径向和周向槽宽比分别为0.7和0.6。