液压缸组合密封性能仿真与参数优化研究

通过改变伺服液压缸组合密封的结构型式,建立两种密封圈的仿真模型,利用ANSYS Workbench软件在静密封状态下,探究介质压力、压缩率、接触的摩擦因数对伺服液压缸密封性能的影响,并以密封圈最大Von-Mises应力和接触面最大接触压力作为密封性能的判定依据;而在动密封状态下建立泄漏量和启动压力动态特性的数学模型,并以二者数值大小作为密封性能的判定依据,从而优化密封圈的组成结构参数。结果表明:在静密封状态下,当改变其中任一参数时含有工字形圈的液压缸的最大Von-Mises应力和接触面最大接触压力明显优于含有O形圈的液压缸;而在动密封状态中,随着介质压力增加,两种模型的液压缸泄漏量不断减少,启动压力不断增加,并且含有工字形圈的液压缸泄漏量更少,表明工字形圈的密封性能优于O形圈的密封性能。而研究的工字形圈组合的格莱圈可为液压缸设计人员提供参考。     

水介质O形圈密封阻力研究

为了研究水介质O形圈的密封阻力特性，通过ANSYS软件建立O形圈二维轴对称有限元模型，分析不同预压缩率和流体压力对O形圈密封性能的影响，通过2种滑动摩擦力理论算法，计算出不同流体压力下O形圈的摩擦力，与实验测量的摩擦力进行对比分析，探究流体压力和往复速度对摩擦力与摩擦因数的影响。结果表明：随着预压缩率增大，O形圈von Mises应力和接触长度增大；随着流体压力的增大，O形圈von Mises应力增大，接触压力和接触长度随之增大，流体压力超过30 MPa,接触长度减小；微元法和实验得到的摩擦力较为接近，可用于O形圈摩擦力预估；相同往复速度下，随着流体压力增大，O形圈摩擦力增大；相同流体压力下，随着往复速度增大，摩擦力也增大。     

基于APDL语言的O形密封圈应力分析

基于APDL语言,建立O形密封圈的有限元模型,并对O形密封圈在预压缩及油液压力综合作用的情况下进行密封性仿真分析,得到了O形密封圈的变形情况、力学性能和密封性能,为类似密封圈的设计分析和应用提供了理论依据。     

基于Abaqus的SAE分体法兰密封影响因素仿真分析

针对风洞油源系统硬质管路连接法兰渗油漏油问题，在Abaqus中建立SAE分体法兰连接的油管有限元模型，分析O形密封圈预压缩率、工作油压、油管装配前的径向偏差、角度偏差对法兰连接密封性的影响规律。结果表明：O形密封圈具有自密封性，且密封性随着预压缩率的增大而增强，密封面上的接触应力随着工作油压的增大而增大；油管安装中存在的径向偏差和角度偏差造成SAE法兰焊接头端面接触应力分布不均甚至出现局部屈服现象，但是装配偏差在一定范围内对密封圈的静密封性能影响较小；当油管每100 mm径向偏差大于1.2 mm且角度偏差大于5°时，法兰密封快速失效。     

Yx形液压密封圈温度场有限元分析

应用超弹性理论和传热学原理,分析橡胶密封圈摩擦生热和机械滞后生热的机制;采用有限元法对Yx形液压密封圈热结构耦合场进行模拟,得到密封圈的温度场分布,研究工作参数对温升的影响及规律。结果表明:摩擦生热主要使密封圈与活塞杆接触部分温度升高,机械滞后生热使密封圈中心部分温度较高,其温升明显高于摩擦引起的温升,两种热源作用下,密封圈有很高的温度场;对于相同橡胶材料,油压、相对滑动速度以及油温的增大,均使密封圈温升明显增加。因此工作中限制工作压力和相对滑动速度以及提供较好的散热条件,对降低密封圈温升、提高密封性能和使用寿命有利。所建立的模型为定量分析各类密封圈温度场提供了研究基础和方法。     

液压往复密封泄漏量的有限元分析

利用大型有限元软件ANSYS建立了O形密封圈的轴对称有限元模型,分析其动态密封能力,得到主密封面接触应力的分布规律;讨论不同的压缩率、材料摩擦因数以及工作压力对其动态密封能力的影响。结果表明:随着压缩率的增加,泄漏量相应减少;选择合适的材料可以有效减少泄漏量;在低压工作时,动态密封的泄漏量随工作压力的增加呈现出先增大后减小且趋于一常数的趋势。     

Yx橡胶密封圈密封性能研究

本文应用有限元法,按照国家标准建立了Yx密封圈的平面应变有限元模型,进行了预压缩和工作压力的模拟计算,得到了Yx密封圈的变形规律和密封性能判据Ratio值的变化规律.计算表明,Yx密封圈的低压密封效果要优于高压,在进行密封结构的设计时,应将Yx密封圈放置在低压侧,有利于提高使用寿命和密封性能.重点进行了低压状态下密封性能的细化计算,并引入了变形速率的概念,对低液体压力下,其下唇口最大接触压力的变化进行了分析.计算表明,低压下,下唇口最大接触压力出现了两个分界点,第一个分界点是Yx密封圈下唇口接触尖端的点接触变形到线接触变形的转折点,第二个分界点是下唇口线接触变形速率值最大的转折点,该转折点处的最大液体压力为1.3MPa.通过对Yx密封圈下唇口在不同液体工作压力下接触线长度的计算,得出了Yx密封圈最佳工作压力为3.7～4.2MPa,液体压力超过4.2MPa,其下唇口接触线长度将阶跃式增大到接近最大值,这对密封件的使用寿命不利.     

基于Fluent的液压密封流体膜压力精确化研究

针对液压密封,密封区域流体膜压力不等于密封压力而导致对油液泄漏量研究有误差和对密封圈密封性能的研究因素考虑不足的情况,从密封圈的密封机制出发研究流体膜压力。基于Fluent中的层流模型Laminar,建立密封圈受到油液压力时的流体膜模型,对密封圈在静密封和动密封2种密封形式下进行有限元分析,得出密封区域的精确压力分布。对比分析了泄漏量的理论计算结果以及用流体膜压力代替密封压力后的修正数值计算结果。结果表明:用流体膜压力代替密封压力计算得到的泄漏量更加准确,误差更小;流体膜压力受密封压力和活塞杆运动速度影响,泄漏量与密封件所受密封压力、活塞杆运动速度成正比,活塞杆运动速度对流体膜压力和泄漏量的影响更大。流体膜精确压力的获得为密封圈密封性能的研究提供了参考,为获得其准确的密封机制奠定了一定基础。     

扁平橡胶密封结构对比及有限元分析

对扁平密封结构设计进行核算、材料性能测试及结构有限元分析,并与常用O形密封圈进行对比。结果表明:扁平橡胶密封圈内径设计值可适当调整,其截面压缩率和总的压缩量较O形圈要小;其侧向稳定结构设计在牙轮轴向串动和有压差时,能防止在密封侧面在牙轮串动和压差存在时完全贴合于沟槽侧面,保持密封圈处于较合适的位置;有限元分析表明,在轴承内外压差的作用下扁平密封径向密封力增加迅速,在0.5 MPa时其径向密封力值与常用O形密封相当。扁平密封相比O形密封结构性能更加稳定,相同钻井工况下使用寿命更长。     

基于渗透边界的O形组合圈密封特性研究

为准确研究高压柱塞副O形组合密封圈的密封特性,考虑流体向密封接触区渗透对接触压力的影响,基于逐点比较法提出了综合渗透与非接触边界的数值仿真方法,研究高压流体作用下O形组合密封圈的接触压力与von Mises应力分布。进一步讨论不同预压缩量与流体压力下O形组合密封结构参数对其密封性能的影响。分析结果表明:综合渗透边界与非接触边界的分析方法具有较高的可靠性,试验对比误差为2.9%～4.3%;随着O形圈预压缩量增大,主接触压力与密封长度明显增大,而内部von Mises应力与侧接触压力的变化较小;随着流体压力的增大,O形圈von Mises应力与主、侧接触压力均明显增大,但密封长度的变化较小。此外,组合密封挡圈应用于高压柱塞副可有效避免O形圈局部应力集中,挡圈接触压力随流体压力的增大而增大,但明显小于O形圈主接触压力,仅起辅助密封作用。研究结果为高压柱塞副动密封结构设计与优化提供了依据。     

波纹管机械密封多体多场热流固耦合性能分析

建立波纹管机械密封的波纹管-动环-流体膜-静环多体模型,对高温、高压、高速工况下的密封界面进行热流固耦合数值计算与分析,得到密封环在温度场、速度场、压力场等多场耦合影响下的应力和应变规律。在此基础上,分析主轴转速和流体压差对密封环端面温升和热应力变形的影响规律。结果表明:动静环的最大变形在端面的内径处,且变形量由内向外递减;动环端面的温升随密封压力和转轴旋转速度的增大近乎呈直线增加;动环的热应力变形程度随主轴转速和流体压差的增加而增加。     

机械密封摩擦副界面温升分析

以接触式机械密封密封环为研究对象,建立摩擦副密封环整体传热模型,通过热-结构耦合模拟与数值计算,得到摩擦副的温度分布以及不同工况条件下摩擦副的变形情况。研究结果表明:密封环最高温度与最大热流密度都集中在密封环靠近摩擦副的内径处;密封介质压力和弹簧比压增大,摩擦副闭合力增大,微凸体接触增加,使得摩擦副变形量增加;随着转速的增加,摩擦副端面逐渐打开,微凸体对开启力的作用减小,使得摩擦副的变形减小。     

数字液力解码器密封与摩擦特性试验研究

根据数字液力解码器阀体本身设计一个垂直布置的往复高压油液的密封试验台架，通过试验方法探究解码器在不同介质压力、往复速度及压缩率的条件下的密封性能及摩擦特性。结果表明：高压时，数字液力解码器需要较大的启动力，当启动力未达到最大静摩擦力时，其动作响应会存在一定的延迟现象，同时较大的滞后摩擦力会使密封系统的随动性变差；最大静摩擦力和滑动摩擦力随介质压力增加均呈线性增加，0~16 MPa与16~32 MPa两阶段的线性增长率不同，16~32 MPa时增长率变小；在高压高速时，解码器密封部位容易发生泄漏失效；初始压缩率对解码器的密封性能影响明显，初始压缩率为23.25%时，能够满足解码器正常工作时的密封要求。     

涨圈旋转密封环自由切口间隙的理论计算

为解决传动装置出现的由于涨圈密封失效而造成的故障问题,根据涨圈旋转密封的实际结构和工作形式建立了涨圈运动状态控制模型。对涨圈密封环进行力学分析,同时考虑了涨圈密封环工作状态下工作介质压力对涨圈密封环的作用应力,导出自由切口间隙的计算公式,并分析了相关因素对切口间隙取值范围的影响。研究表明:涨圈密封环的切口间隙主要取决于摩擦幅摩擦因数、涨圈外径、径差、轴向厚度和工作油压。     

煤油介质机械密封副材料的f-G特性研究

针对以煤油为介质的机械密封,为提高其相关性能,需要研究密封端面的摩擦特性,以得到配合偶件材料摩擦因数f与工况参数G的关系。研究从其力学分析入手,配合煤油黏温性能的拟合求解,以及配合偶件材料的摩擦磨损试验,得到配合偶件材料的f-G理论曲线族与试验曲线。将所得到的试验曲线与理论曲线族对比,得到了不同工况下的近似油膜厚度,为变工况环境下低黏度介质的机械密封副的使用性能研究提供参考。     

重载高频伺服液压缸系统设计

基于工况计算,确定了液压伺服缸主要参数,在结构设计上采用导向带承压串联密封结构,以满足活塞支承需要,能够实现高压密封并具有低摩擦特性。活塞杆端部连接采用小升角螺旋预涨紧结构以解决动态载荷作用下螺纹间隙问题。基于伺服缸流量需求设计了先导控制的并联伺服阀液压系统。测试结果表明,设计的伺服缸系统能够满足大规格阻尼器的振动试验需求。     

卡瓦悬挂器密封失效与改进研究

研究卡瓦悬挂器密封结构失效案例,对卡瓦式套管悬挂器悬挂能力和密封结构的工作特性进行有限元计算,分析卡瓦悬挂器密封结构经常发生失效的主要原因。为了克服卡瓦悬挂器结构存在的缺陷,提高井口悬挂器承载能力和密封性能,设计一种新型芯轴式悬挂器,并进行了压力和承载实验测试。经过试验前后拆卸对比,得到悬挂器和四通的变形在安全范围内;球形密封钢圈受压后产生变形为平面状,密封宽度较大,表明密封性能良好;试压过程中,随着载荷的增加,试验台仪表和百分表的位移量变化较小。因此,试压测试表明该新型悬挂器可以承受140 MPa的高压压力作用,最后在现场得到应用,效果良好。     

高参数金属波纹管集装式机械密封腔内流场动力学特性研究

以计算流体动力学(CFD)数值计算理论及方法为基础,对处于高速、高温、高压复杂工况的波纹管集装式机械密封装置腔内流场进行了数值模拟分析,得到了密封腔内介质的温度场、压力场、湍动能及流场区域涡量分布,分析了腔内流体的流动及传热动力学特性,为动、静环温度场的热流固耦合数值算法提供依据.