本文關(guān)鍵詞：水泥泵活塞缸套系統(tǒng)密封試驗及機理研究

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【摘要】：活塞在水泥泵的易損件中占有很大的比例,活塞密封性能的好壞對其本身的使用壽命有著決定性的影響,進而影響到施工的成本和效率,所以對水泥泵活塞動密封性能的研究有著重大的現(xiàn)實意義和必要性。為了對水泥泵活塞進行深入的研究,本文分析了水泥泵的工作原理,并對活塞在兩種狀態(tài)(靜態(tài)和動態(tài))下的受力進行了分析,為活塞受力的數(shù)值模擬提供理論依據(jù)。本文在HBT80.13.110S水泥泵活塞的基礎(chǔ)上,通過對比縮放,設(shè)計出9種凹坑形柱塞進行動密封替代試驗。由試驗結(jié)果可知,凹坑形結(jié)構(gòu)可以降低柱塞使用時的泄漏量,最大降低了77.3%,最小降低了19.4%。為了對凹坑形柱塞的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化,利用極差分析法分析各試驗因素對泄漏量的影響,再利用多元正交多項式回歸設(shè)計獲得回歸方程。通過對9種凹坑形柱塞泄漏量的極差分析,確定了試驗的主次因素A、B,C,最優(yōu)組合A2B1C3,即凹坑直徑為3.0mm,凹坑中心夾角為10°,凹坑深度為4.0mm。為了驗證極差分析得到的最優(yōu)結(jié)果,通過模擬仿真結(jié)合驗證試驗,對不同凹坑因素進行組合研究,發(fā)現(xiàn)凹坑直徑3.0mm,凹坑中心夾角10°,凹坑深度4.0mm是最優(yōu)的參數(shù)組合。根據(jù)柱塞的推力試驗可知僅改善界面潤滑條件,降低界面摩擦系數(shù),并不一定有更高的動密封性能,維持柱塞動密封性能需一定的徑向接觸壓力。為了對凹坑形柱塞的密封耐磨機理進行研究,本文利用WORKBENCH有限元軟件對光滑柱塞和凹坑形柱塞在動密封試驗臺工況下的運動進行了數(shù)值模擬,該模擬主要分析三個部分,分別是接觸壓力、等效應力、表面流場分布。通過對柱塞唇部接觸壓力和根部等效應力的對比分析可知,凹坑形柱塞唇部的接觸壓力較大,根部的等效應力較小,柱塞唇部的接觸壓力是衡量柱塞動密封性能的關(guān)鍵指標,其值越大,動密封性能越好,根部等效應力是衡量柱塞耐磨性能的指標,其值越小,柱塞的耐磨性能越好。通過分析柱塞表面流場的分布狀況,得知凹坑形結(jié)構(gòu)改變了潤滑油在柱塞表面的流動狀態(tài),當潤滑油流經(jīng)柱塞表面的凹坑時,在坑內(nèi)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,流速明顯變緩并伴有回流的趨勢,柱塞表面潤滑油的動態(tài)觀測試驗驗證了有限元流場分析的正確性。密封耐磨機理主要總結(jié)為3個方面:(1)凹坑形結(jié)構(gòu)改變了柱塞的受力情況;(2)凹坑形結(jié)構(gòu)有降低潤滑油流速的作用;(3)凹坑形結(jié)構(gòu)有存儲潤滑油的作用。最后結(jié)合最優(yōu)的凹坑結(jié)構(gòu)參數(shù),對HBT80.13.110S水泥泵活塞進行改進設(shè)計,在其表面上設(shè)計出最優(yōu)參數(shù)的凹坑形結(jié)構(gòu),然后對活塞在實際泵送工況下的受力情況進行有限元數(shù)值模擬,對比分析標準活塞和凹坑形活塞的等效應力、接觸壓力、表面流場分布,最后得出結(jié)論:凹坑形水泥泵活塞的動密封性能優(yōu)于標準活塞。
【關(guān)鍵詞】：水泥泵活塞 柱塞 密封 有限元分析 密封試驗
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU646
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 選題的目的和意義12-15
• 1.2 水泥泵活塞的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 水泥泵活塞結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 活塞形態(tài)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 水泥泵活塞材料研究現(xiàn)狀17
• 1.3 現(xiàn)有水泥泵活塞存在的問題17
• 1.4 本文研究的意義17-18
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 水泥泵的工作原理和活塞的受力分析20-26
• 2.1 水泥泵泵送單元的組成20
• 2.2 水泥泵工作原理20-22
• 2.2.1 泵送設(shè)備工作原理20-21
• 2.2.2 高低壓切換控制21-22
• 2.3 水泥泵活塞受力分析22-26
• 2.3.1 靜態(tài)受力分析22-23
• 2.3.2 動態(tài)受力分析23-26
• 第3章 凹坑形柱塞的設(shè)計加工及密封試驗26-48
• 3.1 凹坑形柱塞的設(shè)計26-28
• 3.2 動密封試驗臺28-30
• 3.3 動密封試驗方法與方案30-32
• 3.3.1 試驗方法30-31
• 3.3.2 試驗方案31-32
• 3.4 凹坑形柱塞加工32-33
• 3.5 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析33-44
• 3.5.1 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計34-35
• 3.5.2 最優(yōu)、最差凹坑形柱塞和光滑柱塞泄漏量的對比35-37
• 3.5.3 極差分析37-39
• 3.5.4 多元正交多項式回歸設(shè)計39-44
• 3.6 凹坑形結(jié)構(gòu)對柱塞表面摩擦力的影響44-47
• 3.7 結(jié)果討論47-48
• 第4章 光滑柱塞Workbench有限元分析48-58
• 4.1 有限元分析與Workbench介紹48-49
• 4.1.1 有限元法理論簡介48-49
• 4.1.2 Workbench及其優(yōu)點49
• 4.2 柱塞缸套摩擦副有限元計算49-55
• 4.2.1 建立柱塞缸套摩擦副模型50
• 4.2.2 定義材料屬性50-51
• 4.2.3 導入裝配圖51-52
• 4.2.4 設(shè)置邊界條件52-53
• 4.2.5 劃分模型網(wǎng)格53
• 4.2.6 設(shè)定分析載荷步53-55
• 4.3 有限元仿真結(jié)果分析55-58
• 4.3.1 等效應力分析55-56
• 4.3.2 接觸壓力分析56-58
• 第5章 凹坑形柱塞密封性有限元分析及其驗證試驗58-82
• 5.1 凹坑形柱塞有限元模型建立58-59
• 5.2 凹坑形柱塞有限元模擬分析59-64
• 5.2.1 凹坑形柱塞等效應力分析60-62
• 5.2.2 凹坑形柱塞接觸壓力分析62-64
• 5.3 凹坑形結(jié)構(gòu)對柱塞表面潤滑效果的影響64-70
• 5.4 凹坑深度對柱塞受力的影響70-73
• 5.5 柱塞受力情況分析總結(jié)73
• 5.6 柱塞強度校核73-76
• 5.6.1 聚氨酯橡膠的性能73-74
• 5.6.2 第一強度理論（最大拉應力理論）74
• 5.6.3 凹坑形柱塞的強度分析74-76
• 5.7 柱塞最優(yōu)凹坑直徑探究及試驗驗證76-82
• 5.7.1 柱塞唇部接觸應力分析76-77
• 5.7.2 對比試驗77-82
• 第6章 凹坑形柱塞密封機理研究82-90
• 6.1 凹坑形柱塞表面潤滑油動態(tài)觀測82-87
• 6.1.1 試驗設(shè)備82-84
• 6.1.2 試驗過程84-85
• 6.1.3 結(jié)果觀測85-87
• 6.2 凹坑形柱塞動密封機理分析87-90
• 第7章 水泥泵活塞實際工況的數(shù)值模擬90-98
• 7.1 HBT80.13.110S水泥泵90
• 7.2 HBT80.13.110S水泥泵活塞的逆向建模90-91
• 7.3 凹坑形水泥泵活塞的設(shè)計91-92
• 7.4 標準水泥泵活塞和凹坑形活塞的有限元模擬92-96
• 7.4.1 等效應力對比分析93-94
• 7.4.2 接觸壓力對比分析94-95
• 7.4.3 活塞表面潤滑效果對比分析95-96
• 7.5 本章小結(jié)96-98
• 第8章 全文總結(jié)與工作展望98-100
• 8.1 全文總結(jié)98-99
• 8.2 工作展望99-100
• 參考文獻100-106
• 導師及作者簡介106-108
• 致謝108

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本文編號：572476