浅谈防爆电气设备螺纹接合面的检验

重点讨论了圆柱形螺纹接合面和锥形螺纹接合面配合精度的检验方法,并以ⅡC等级防爆电气设备为例,对螺纹接合面的内部点燃不传爆试验方法进行了介绍。

基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测

油管接箍是油田钻井用重要连接工具,其内螺纹质量对于油气安全开采至关重要。针对现有油管接箍内螺纹接触式检测方法效率低、磨损大、光谱共焦等非接触式方法测量可达性差的问题,提出基于转像激光立体视觉的油管接箍内螺纹参数检测系统与方法,利用激光和反射镜实现内螺纹牙型轮廓的强化和转角窥视,借助已标定的相机模型参数,通过立体视觉和旋转进给重构纵截面中双侧牙型的三维点云,经进一步处理,从三维点云中计算出内螺纹螺距、齿高和锥度三项几何参数。依据美国石油协会(API)标准规定的参数容限范围实现油管接箍内螺纹质量的判定,研制出视觉系统,并与传统量具在相同工况下测量27/8与31/2英寸两种规格的油管内螺纹几何参数,结果表明,提出的视觉系统可实现内螺纹多项参数的一体化高精、高效测量,满足工业现场需求。

螺纹表面处理检测参数研究与应用

螺纹连接是实现零部件组装的主要方法,螺纹连接简单,拆卸方便,已被广泛应用于航空航天、石油化工、5G通信、新能源汽车、兵器和模具等行业。随着科学技术的不断发展,对螺纹连接的要求也日益提高,因而螺纹加工过程中进行监测是质量保证的重要手段。应用螺纹连接的装备产品为保证其长贮要求,会对带有螺纹的零部件进行表面处理,表面处理后螺纹尺寸发生变化,为使用专用螺纹量具完成螺纹加工各阶段的检测。因此,需要进行表面处理前、后螺纹检测参数的研究与应用,以控制表面处理前、后螺纹的加工质量,正确地检测表面处理前、后螺纹尺寸是否合格。

一种基于数字图像处理外螺纹参数校正技术

国内中低压阀门产品,螺纹为最常见的一种连接方式,传统的螺纹检测方法工作效率低下,测量的精度也不高,阀门批量生产过程中基本采用螺纹规进行快速检测螺纹中径来判断螺纹是否合格,所以数字图像处理技术应用到螺纹检测中也是一种趋势。本文基于CCD数字图像识别处理技术,依据外螺纹投影边界形成的空间位置关系,创造性地建立了投影边界方程来消除非接触式测量圆柱外螺纹牙型过程中产生的误差。本文对外圆柱螺纹参数(螺距、牙型角等)进行1次校正,其边界已逼近理想的圆柱外螺纹牙型,得到精度极高的圆柱外螺纹牙型边界,实现了对圆柱外螺纹几何尺寸的非接触测量。该方法测量速度快、精度高、成本低,非常适合用于阀门普通螺纹产品大批量生产过程中的在线螺纹检测。

基于子模型的主轴承螺纹疲劳强度分析方法

针对气缸体主轴承螺纹疲劳强度分析与开裂失效问题,基于气缸体主轴承壁疲劳试验构建了虚拟仿真模型,计算获得主轴承壁的应力分布。在此基础上,结合气缸体主轴承壁疲劳试验结果,重新划分网格建立了精细化的主轴承螺纹联接子模型。综合考虑应力梯度、平均应力和表面粗糙度等因素,基于临界平面法和Haigh图建立了主轴承螺纹疲劳强度模型,进行了疲劳强度评估和失效机理分析。结果表明,主轴承螺纹与螺栓联接前几扣的安全系数在螺栓预紧力产生的平均应力影响下逐渐增大,最后一扣位置处安全系数最小为0.8,与试验中开裂位置基本吻合,其开裂原因为模拟气体力主导的应力幅超出材料和结构承载能力。

S135钻杆接头螺纹三维参数化建模及力学特性分析

S135钢级钻杆在矿井勘探、探放水、瓦斯抽采等钻孔施工中得到了广泛使用。然而,由于钻杆接头螺纹承受轴向拉压、扭转、弯曲及其复合载荷的循环作用,导致接头螺纹的使用寿命远远低于其设计寿命,是整个钻杆结构中最薄弱的环节。因此,通过万能拉伸试验获得钻杆接头材料的力学性能参数,经计算转化得到其本构参数,对钻杆接头进行有限元分析。为了提高有限元分析效率,推导垂直于钻杆接头轴线的螺纹截面轮廓几何表达式,基于旋转、抬升、缩径和连接节点的设计思路,提出了一种考虑钻杆接头锥度和台肩的三维螺纹参数化建模方法,并根据单元和节点之间的关系开发了钻杆接头连接的参数化三维六面体网格建模程序,通过与交互式建模方法计算结果的对比验证了其有效性和可行性。此外,对上扣扭矩、压扭及压弯扭复合载荷作用下接头外螺纹的力学特性进行了分析。结果表明:3种工况下钻杆接头外螺纹上的应力近似呈现“浴盆”形态,第1螺纹牙上的应力最大;随着圈次的增加,螺纹牙上的应力迅速下降,最后一圈螺纹牙上的应力呈现上升趋势;在弯矩的作用下,螺纹牙上的应力具有非对称特征。在接头螺纹设计时,必须考虑井眼曲率的影响并且需要重点关注接头压缩边第1螺纹牙上的应力。

特殊螺纹油管密封面相控阵超声图像特征分析

特殊螺纹油管密封面的接触状况对密封性能有重要影响。超声反射幅值应力技术仅依靠反射系数单一参数,难以全面评估密封面不同接触状况。为此,通过采集不同扭矩及无螺纹脂情况下油管密封面相控阵超声图像,提取图像的纹理特征,分析纹理特征参数与不同接触状况下的定性及定量关系。研究结果表明:随着油管扭矩的增大,超声图像灰度均值、灰度方差及偏度均减小;油管密封面超声图像灰度共生矩阵对比度,随着油管扭矩的增大,在45°、90°及135°方向上呈线性减小;在0°方向上不含螺纹脂的超声图像是同扭矩下含螺纹脂对比度的2.19倍;油管密封面超声图像灰度共生矩阵熵值,随着油管扭矩的增加,在0°、45°、90°及135°方向上呈线性减小。研究结果可为油管密封面不同接触状况下超声检测图像定性及定量表征提供数据支撑。

螺纹参数对种植体的生物力学性能影响分析

种植体的生物力学性能常采用有限元分析方法(FEA)进行评定,种植体受到的力直接传递到骨组织中,而种植体螺纹参数对种植体、皮质骨、松质骨的应力分布具有不同程度的影响。采用UG NX 12.0软件建立24组种植体结构,通过ABAQUS软件分析种植体、皮质骨、松质骨的应力分布,对具有较好生物力学性能的种植体系统用FE-SAFE软件预测其疲劳寿命。分析结果表明:最大应力出现在种植体上,其次是皮质骨,松质骨应力最小;V形螺纹形态下,螺距0.85 mm、螺纹深度0.3 mm组成的种植体(P1-H1)和螺距1.0 mm、螺纹深度0.4 mm组成的种植体(P2-H2)均具有较好的生物力学性能,其疲劳寿命也满足使用要求。研究结果为牙科种植体的结构设计提供了理论参考,在临床植入体实际应用中具有一定的指导价值。

高速注采储气库井套管螺纹密封性研究

套管螺纹密封性是影响周期性高速注采作业的储库气井安全性的关键因素,因此保证储气库井的密封性完整极其重要。需要重点研究储气库井注采过程中对其套管柱密封性的影响,特别是循环注采过程中产生的交变载荷对储气库套管柱特殊螺纹接头密封结构性能的影响。基于有限元法理论,针对中国北部某储气库井所选用的特殊螺纹接头,结合储气库井实际工况和现场数据,建立套管接头螺纹有限元计算模型,研究了循环注采条件下,温度、注采压力、轴向载荷及点蚀对储气库套管螺纹密封状态的影响。结果表明,温度对套管螺纹接头的结构完整性和密封完整性影响较小,注采压力、轴向载荷和点蚀对其影响较大,需控制在一个较低值。研究可为储气库井套管柱密封失效判定及其套管柱设计提供参考。

芯轴悬挂器高强度螺纹结构设计及评价研究

为了防止芯轴下端连接螺纹强度不足而造成失效事故,采用高温高压套管柱设计计算方法、有限元数值模拟和实验手段,对芯轴材料进行了力学性能实验,开发了一种用于芯轴悬挂器高强度螺纹结构,并在极限复合载荷下对该螺纹进行了三维有限元计算。研究结果表明,拉扭压复合载荷对外螺纹强度影响较大,压缩载荷对内螺纹内台肩第一牙应力影响较大,内外螺纹其余部位相对安全。拉伸载荷在一定程度缓解了上扣扭矩对内外螺纹台肩部位的影响。从计算结果得到内外螺纹整体上应力小于材料允许的屈服极限,且螺纹接头接触压力均大于外在流体压力,可以形成有效密封,研究结果为芯轴悬挂器螺纹结构的选型和使用提供理论基础。

带锚板预应力螺纹钢筋抗拔性能试验研究

目的为了探讨直径25 mm、强度等级PSB1080的带锚板预应力螺纹钢筋在有效锚固长150,200,250 mm的钢筋混凝土厚板或基础中拔出时的锚固性能,方法以有效锚固长度、套管有无、锚板宽度和构造钢筋数量为试验参数,对7个试件进行抗拔性能试验研究。研究试件的破坏特征,分析荷载-位移曲线、极限抗拔承载力、试件开裂荷载和荷载-应变曲线。结果结果表明:试件抗拔承载力随着锚固长度的增加而增加,当有效锚固长度为250 mm时,预应力螺纹钢筋均能达到屈服;混凝土开裂荷载随着有效锚固长度、锚板宽度和套管的增设而增加,构造钢筋数量对面层混凝土开裂荷载的影响并不明显;采用套管试件的面层混凝土开裂荷载比未采用套管试件提高了2.66倍;根据荷载-位移曲线可知,在锚板上增设构造钢筋可以防止带锚板预应力螺纹钢筋拔出时承载力急剧下降;基于试验结果和相关文献结果,对比锚固区混凝土锥体破坏试件的试验值与计算值可知,Nilforoush建议式和日本JSCE规范式9.2.11分别比试验值低19%和10%。结论增设套管可以有效提高开裂荷载;使用日本JSCE规范式9.2.11计算抗拔承载力更接近试验值。

BG-TH耐热套管特殊螺纹接头开发理论与试验研究

钢铁材料在热采井等350℃超高温度条件下,不仅材料屈服强度和抗拉强度下降,材料的其他物性参数也发生了很大变化,热应变从次要矛盾上升为主要矛盾。对P110和110H两种材质进行了室温与不同高温等级下的试验研究,基于高温下材料的“弹性应力”与“塑性应变”设计理念开发了BG-TH(Thermal)耐热套管,使用有限元分析与实物试验验证设计结构。结果表明,将耐热管材与耐热螺纹接头两者配合使用可提高套管在高温中的耐用性。

高压反应釜螺纹式快开结构强度分析

为了解决工程中常用的卡箍式及齿啮式快开结构反应釜难于满足介质操作过程中均温性要求的问题,笔者设计了一种均温性能良好的螺纹式快开结构反应釜装置,用于热塑性聚氨酯弹性体(thermoplastic polyurethane elastomer,TPU)材料生产以提高其生产质量。分别建立平盖、碗形盖和凸形盖3种快开结构有限元模型,分析螺纹应力分布情况并进行设计压力工况及热-力耦合工况的应力强度评定。结果表明:3种快开结构的筒体端部内螺纹根部应力整体高于釜盖外螺纹,其应力均随着螺纹扣数增加而减小;2种工况下3种快开结构的最大应力均出现在第1扣螺纹根部,当考虑温度载荷影响时,热应力分别增大了13.97%,9.30%和4.79%,应力和疲劳强度均满足要求。对比表明凸形盖螺纹式快开结构承压承温的综合性能较好。

正负脉冲电压驱动的电磁螺纹插装阀动态特性分析

提出了一种基于PWM技术的正负脉冲电压控制策略,用于提高锥阀式电磁螺纹插装阀启闭动态响应速度,使其满足数字液压技术的要求。在分析电磁螺纹插装阀结构和工作原理基础上,建立了电磁螺纹插装阀的数学模型,并在AMESim软件中搭建电磁螺纹插装阀及其测试系统的多物理场耦合建模,研究不同正负脉冲电压持续时间条件下电磁螺纹插装阀线圈电流、阀芯位移、电磁力的变化规律,确定了电磁螺纹插装阀响应速度最快时正负脉冲电压控制策略的最优控制参数。利用半实物仿真系统搭建SCV硬件在环测试实验台,对所提正负脉冲控制策略进行验证。实验表明,与常规电压控制策略相比,当正负脉冲电压控制策略中正负脉冲电压持续时间都为10 ms时,电磁螺纹插装阀的开启时间由30 ms缩短到13.5 ms,其关闭时间由139 ms缩短到14 ms。研究结果为电磁螺纹插装阀的高响应化和数字液压技术的发展提供参考。

特殊螺纹接头密封面微滑接触行为研究

特殊螺纹接头在井下服役期间受到交变载荷作用,导致接头密封面处发生微滑,影响接头的密封性能。为研究特殊螺纹接头密封面处的微滑接触行为,基于弹性杆振动微分方程,建立了特殊螺纹接头微滑模型,分析了接头密封面的黏着-滑移临界区域及载荷-位移的迟滞特性;利用数值仿真软件建立了接头摩擦接触有限元模型,考察不同内压载荷、位移幅值和摩擦因数的影响下,接头密封面接触压力、相对滑移距离和剪切摩擦力的变化规律,得到了接头密封面处黏着-滑移状态的临界转化范围。研究结果表明:接头的摩擦接触有限元模型可模拟井下实际工况下接头密封面的微滑接触行为;随着内压载荷的增加,相对滑移距离减小、剪切摩擦力和黏着长度增加;随着位移幅值的增加,相对滑移距离增加,黏着长度减小;在内压载荷60~70 MPa之间,位移幅值0.02~0.025 mm之间,分别在密封面处发生黏着-滑移状态的临界转化;随着摩擦因数的增加,密封面相对滑移距离减小,剪切摩擦力和黏着长度增加。研究结果可为动载作用下特殊螺纹接头密封性研究提供参考。

冷挤压内螺纹力学性能试验研究

螺纹连接中螺母与螺栓接触型面复杂,对于螺纹牙上的应力状态分析困难,且不同加工方式对内螺纹的失效载荷影响较大。这里建立螺纹连接的简化力学模型和有限元模型,分析了内螺纹牙表面应力分布,重点对冷挤压内螺纹的力学性能进行了试验分析,并与切削内螺纹的力学性能进行对比。结果表明:内螺纹在负载状态下,应力集中和塑性变形主要集中在螺母与螺栓的牙根和第(1~3)个螺纹的牙顶处,应力大小和变形量沿载荷反方向逐渐递减;挤压内螺纹的连接强度明显高于切削内螺纹,失效载荷比切削内螺纹提升了(18~58.6)%不等;随着内螺纹牙高率从65%增加至80%,挤压内螺纹和切削内螺纹的力学性能均增加,切削内螺纹的失效载荷提升了(28.86~55.45)%,挤压内螺纹的失效载荷提升了(22.89~41.93)%。

液压支架立柱导向套大螺距梯形螺纹加工的研究与实践

对于大螺距的梯形螺纹加工中一般利用宏程序指令编程,但在编程时计算量比较大,容易出错,通过反复实践和研究,多重螺纹切削循环G76指令由于编程指令简单明了、加工效率高,在企业生产线应用比较广泛。利用G76指令进行切削量恒定的错齿切削,解决了大螺距梯形螺纹加工中出现的崩刃、扎刀问题,顺利地完成了加工任务。

球面-锥面特殊螺纹接头密封面能量耗散及密封性分析

为从能量耗散角度研究不同井下工况对球面-锥面特殊螺纹接头密封面处密封性的影响,借助ABAQUS有限元软件建立了球面-锥面特殊螺纹接头密封面的模型-球面-平面接触模型,得出了不同切向位移载荷、不同压力和不同摩擦因数下的载荷-位移迟滞曲线的变化规律;利用密封接触强度理论评价特殊螺纹接头的密封性能。结果表明:摩擦因数越大,可承受的宏观滑移载荷越大;随着载荷的增大,密封面呈现刚度软化现象。部分滑移状态和完全滑移状态下,接触区域的能量耗散值都随着切向位移载荷、压力和摩擦因数的增大而增大,说明密封性能有所降低。由密封强度理论得当压力处于15~40 MPa时,密封面均满足密封要求;随着压力的增大,密封接触强度增大,密封性能也随之提高。研究结果可为井下复杂工况条件下提高球面-锥面特殊螺纹接头密封性能提供参考。

基于RANSAC的圆拟合算法在螺纹孔检测中的应用

在视觉检测过程中,针对多残缺、多噪声圆周的拟合精度不佳的问题,提出了一种基于RANSAC的圆拟合算法。首先对图像进行边缘检测,使用基于Scharr算子的Canny算法可获得高质量的边缘分布图;使用霍夫梯度法在边缘分布图中对目标圆弧进行粗定位,并提取包含目标圆弧的点集;提取到的点集中含有大量无关边缘像素点,使用RANSAC算法剔除点集中的异常数据,得到有效样本数据构成的待拟合圆周点集;最后采用LIN算法对待拟合圆周点集进行拟合,得出最终的拟合结果。算法在椒盐噪声和曲线噪声抗干扰实验中表现优异,有着较强的抗干扰能力。已经成功应用到了螺纹孔圆周的拟合,精度和实时性均可满足实际生产要求。

开窗侧钻对钻柱螺纹应力与密封性能的影响分析

为分析开窗侧钻过程对钻柱螺纹接头强度与密封性能的影响,考虑螺纹在倒划眼和开窗侧钻时的工作状态,建立了钻柱螺纹接头三维有限元模型,分析了复杂载荷下螺纹接头应力和接触压力的分布规律,研究了不同材料和不同公差配合下螺纹接头的应力和密封性能,并与文献计算结果进行对比,验证了模型的准确性。研究表明:开窗侧钻时,螺纹接头受到的弯矩最大,主副台肩拉伸侧密封性能只有压缩侧的52.0%;倒划眼作业时,井口处钻柱受到的轴向载荷最大,外螺纹前两圈齿根应力超过屈服强度,存在断裂风险,主台肩面脱离、螺纹接头密封失效;随着材料弹性模量降低,螺纹接头在开窗侧钻时承受的弯矩减小,当材料弹性模量降至50.0%时,螺纹最大应力减小了17.0%,最小接触压力减小了19.6%;在极限公差下,螺纹接头主要由副台肩承受接触压力转变为主要由主台肩承受接触压力,副台肩应力得到改善,但密封性能完全失效。根据开窗侧钻过程中螺纹结构应力状态的研究结果,可通过改变螺纹材料和公差配合提高钻柱接头的安全性与密封性。