Enhancement of seal life through carbon composite back-up rings under shock loading conditions in defence applications

The life of Nitrile Butadiene Rubber(NBR) O-ring seal having shore hardness of A70 and A90 under shock loading conditions was investigated by a specially designed pneumo-hydraulic shock test rig. Shock tests have been carried out on bare seals, seal with conventional polytetrafluoroethylene(PTFE) back-up rings and seal with newly developed carbon composite back-up rings to study its behaviour under different operating conditions until failure. Experiments were conducted by varying annular gap ranging from 0.3 to 0.5 mm, oil temperature from 30 ℃ to 70 ℃ and rate of pressure rise from 600 to 2400 MPa/s. Significant enhancement in seal life was observed with carbon composite back-up ring at reduced annular clearances compared to seal life with conventional PTFE back-up ring and without back-up rings.

基于有限元分析的液压缸密封圈磨损分析

液压缸密封圈磨损原因较多,难以通过肉眼直观观察,很难找到直接原因,提出基于有限元的液压缸密封圈磨损量分析方法。基于液压缸密封圈几何模型、材料模型和物理模型,分析了橡胶密封圈在应力和应变上的非线性,通过定义应变密度函数,构建了液压缸密封圈的有限元模型。根据液压缸活塞的密封结构,分析了液压缸活塞的运动特点,利用Archard模型描述密封圈的外观特征变化,通过计算密封圈接触面上任意一点的磨损深度,分析液压缸密封圈的磨损量。试验结果表明,所研究方法可以对液压缸密封圈的裂纹深度与裂纹扩展角度进行有效分析,两项指标的试验分析与实测结果基本一致,裂纹深度的试验分析误差最大值仅为0.002 mm。方法有助于提高液压缸设计的密封可靠性。

井下纠斜液压缸密封性能研究

为提高纠斜液压缸的密封性能,设计了两种组合密封圈,研究其在不同液压油压力及液压油与泥浆压差下的等效应力、接触应力和摩擦力,并进行模拟实验。结果表明:随着钻探深度的增加,YR和WR形密封圈的最大等效应力、最大接触应力和摩擦力逐渐增大,但YR形密封圈的数值相对较小,接触应力分布相对均匀;压力补偿油箱内外压差对密封圈的性能影响较小,设计使用中可忽略;YR形密封圈的密封性能相对较好。

卧轴式混凝土搅拌机轴端密封装置设计

为避免混凝土搅拌机作业期间搅拌筒内的混凝土泄漏至筒外,并探究混凝土搅拌机轴端密封装置的优化设计方案。应用文献法与案例分析的方式,简单分析卧轴式混凝土搅拌机轴端密封装置的设计需求,并提出一种混凝土搅拌机轴端密封装置的优化设计方案。结果表明,依托材料的更新、补偿机构及密封结构的优化设计,实现对卧轴式混凝土搅拌机轴端密封装置的优化。说明通过设计并使用优化设计后的卧轴式混凝土搅拌机轴端密封装置,提升密封保护效果,实现对轴端密封装置有效使用年限的延长。

液压捣固机夹实液压缸漏油的原因分析及改进研究

针对YD-22型液压捣固机工作过程中因夹实液压缸出现漏油问题而导致的两侧夹实液压缸出现快慢不一的问题进行了原因分析,主要为设备在强烈振动中使得活塞及活塞杆间的圆螺母松动,液压油外泄、系统压力降低导致。采用选用O形密封圈和对活塞结构的改进设计,实践应用效果理想,夹实液压缸无一起漏油现象发生,捣固机使用效率提高了15%,安全经济效益显著。

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。

海工装备液压缸多重组合式密封结构设计与仿真分析

针对单个密封圈易磨损导致密封失效,且更换密封件过程繁琐的不足,设计多重组合式密封结构。该设计在单个密封圈密封结构的基础上,在活塞杆内侧设置两个起缓冲作用的密封圈,在缸底增加一个密封圈,构成多重组合式密封结构。通过有限元仿真,分析在均匀分布的不同压力下,单密封圈密封结构和多重组合式密封结构中的密封圈随着活塞杆往复运动时,密封圈的最大承载与受挤压形变,探究密封圈使用寿命和应力集中区域的变化。结果表明:多重组合式密封结构能够有效减小密封圈所承载的压力,密封圈使用过程中无明显挤压磨损现象,使用寿命延长,验证了多重组合式密封系统的有效性与可行性。

液压缸往复密封圈表面接触应力监测研究

在液压缸中,往复动密封圈表面接触应力是决定其密封有效性的关键,但由于在工作过程中对往复密封表面接触状态进行监测的难度很大,因此对其变化规律仍缺乏深入了解。针对这一问题,以液压缸活塞杆Y形密封圈为对象,通过有限元仿真分析密封圈内唇磨损对密封圈表面接触应力的影响,确定密封圈表面接触应力的最佳监测部位;采用光纤光栅传感器(FBG)进行密封槽表面接触应力监测试验,通过铺设于密封槽的FBG传感器采集应力数据,得出密封圈周向和轴向接触应力均随内唇磨损增加呈现先增大后减小的趋势,与仿真结果一致;接触应力对密封磨损程度变化的响应灵敏度会随密封压力的增加而增大。研究结果为液压缸实际运行过程中往复动密封状态的监测提供了依据。

基于流固耦合的O型圈高压密封研究

针对液压打桩锤冲击引起的管路泄漏问题,对管路中的O型圈进行流固耦合仿真分析。先对管路进行建模,进行体积抽取得到流体域,再用非结构化网格对流体域进行划分。对O型圈施加约束后,导入流体域耦合面的压力数据并进行仿真,求出O型圈耦合面上的凡弥赛思应力和弹性应变,以判断各结构参数对管路密封性的影响。研究结果表明:通过增加压缩率,O型圈的最大应力减少了22.45%,最小应力减少了97.32%,最大应变减少了8.38%,最小应变减少了97.52%;通过增加管壁厚度,O型圈受到的的最大应力减少了4.62%,最小应力减少了33.85%,最大应变减少了17.90%,最小应变减少了25.55%。因此,在高压工况下,可以通过增加O型圈压缩率和管壁厚度提升管路密封性。

直升机液压油箱密封圈优化设计研究

密封性能的优劣对液压油箱的工作状态以及寿命周期有着重要意义。为探索液压油箱密封的新构型优化设计方案,文章通过对直升机液压油箱的使用工况及要求进行深入分析,提出了一种弹簧蓄能组合密封的改进方案。通过充分理论分析和试验验证,改进后的组合密封方案满足了液压油箱密封性能要求,为产品后期的使用验证提供了依据,同时也为同类型液压油箱密封设计提供了有益参考。

核电汽轮机主调阀内漏分析与处理

秦山核电二期3号机组汽轮机调试冲转过程中机组挂闸后,汽机转速迅速上升,在主调阀未给开度指令情况下转速升至1600 r/min以上,无法满足机组的暖机要求。本文针对该缺陷,从阀门自身结构特点、操纵座动作、油动机工作以及阀门控制原理几个方面进行根本原因分析,阐述各种因素对阀门密封性影响的机理及其排查方法,结合阀门解体检查以及密封试验结果,找到最终原因,制订处理方案,分析处理过程中的细节和注意事项,并依方案对其进行处理,最终解决了该问题。

液压式配气系统O型密封圈动密封特性分析

利用ABAQUS软件建立活塞运动速度为4 m/s、介质压力为6 MPa、摩擦因数为0.3的液压式配气系统O型密封圈有限元分析模型,分析不同往复运动速度、预压缩率、介质压力对液压式配气系统O型密封圈动密封特性的影响。结果表明:O型密封圈密封面的接触压力随位移的变化而产生波动,接触压力随介质压力、预压缩率的增大呈线性增大,运动速度对接触压力影响不大,接触压力曲线波动幅度随运动速度、介质压力、预压缩率的增大而增大;O型密封圈与油缸之间接触面的动密封性能优于O型密封圈与活塞之间接触面;O型密封圈在推程时的动密封性能优于回程;预压缩率小于10%时,O型密封圈不能满足该液压式配气系统的动密封要求,要确保O型密封圈的密封性,需要选择合理的预压缩率。

航空作动器O形密封材料失效分析

分析航空作动器往复密封材料的表面磨损失效和疲劳失效,针对材料疲劳失效,提出比S-N曲线更方便实用的基于断裂力学密封疲劳寿命预测方法.由于压缩率与拉伸率对密封失效及寿命的影响极大,分别建立压缩率为8%、12%、16%及20%的二维仿真模型和拉伸率为1、1.03、1.05和1.20的三维仿真模型.通过有限元方法对作动器O形圈进行仿真分析,基于表面磨损失效机理对各模型进行对比分析,获得接触压力与磨损速率的关系.通过基于断裂力学的材料疲劳失效机理,计算O形密封疲劳寿命.综合考虑两种失效分析,选择恰当的压缩率与拉伸率,不仅可以在保证密封效果的同时延长密封件寿命,而且计算数值与航空标准HBZ 4-1995基本一致,从而为制定相关标准提供理论方法.

基于ANSYS Workbench的O形密封圈有限元分析研究

采用有限元软件建立了橡胶类O形密封圈轴对称有限元分析模型,对2种不同安装方式下的密封圈应力应变分布进行了分析比较。研究分析了O形密封圈在不同压缩率和不同载荷下的应力应变,通过有限元软件得出了不同压缩率和载荷下的应力应变云图。通过对密封圈不同应力应变云图的对比分析,得出了密封圈与压缩率和载荷之间的密封规律。通过密封结构的有限元分析,对密封件的设计安装具有一定理论参考价值。

基于ANSYS Workbench的液压支架Y形密封圈有限元分析

用有限元软件建立了Y形密封圈轴对称有限元分析模型,对模拟装配的应力应变进行了分析。研究分析了Y形密封圈在不同压缩率和不同载荷下的应力应变,通过有限元软件算出了不同压缩率和载荷下的应力应变云图。通过对密封圈不同应力应变云图的对比分析,得出了密封圈与压缩率和载荷之间的密封规律。为了避免下唇边被挤入间隙,对形密封圈进行了优化分析。对动密封结构的有限元分析,动密封件的设计安装具有参考价值。

氟橡胶密封圈与液压油的相容性试验研究

为测试氟橡胶密封圈在某装甲车油气弹簧的液压驱动系统中的适用性,参照GB/T1690-2010《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》,通过试验分析氟橡胶密封圈与油气弹簧常用的46号抗磨减震液、10号航空液压油和4609减震液的相容性。结果表明:氟橡胶密封圈在3种液压液及其混合油中的体积变化率都是负值,最大体积收缩率都大于4%,不满足GB/T14832-2008标准的要求。氟橡胶并不适用于油气弹簧采用的3种用油,建议将氟橡胶材料更换为腈橡胶材料。

深海液压系统X形橡胶圈密封性能分析

利用ANSYS软件建立深海环境下工作的液压系统的X形圈密封结构的二维轴对称模型,计算X形圈在不同密封状态下的应力分布,分析压缩率、密封压力、摩擦因数等因素对其密封性能和相关应力的影响。结果表明:应力随压缩率、密封压力、摩擦因数的增大而增大;静态密封时,X形圈内侧与密封槽会形成密闭空腔,不适合应用于深海环境;承载密封时,密封压力对接触应力、等效应力、剪切应力的影响依次减小;滑动密封时,摩擦应力逐渐趋于稳定,且密封压力和摩擦因数对摩擦应力影响较大。

变化油压冲击下火炮制退机唇形密封圈的动密封性能

研究制退机唇形橡胶圈在火炮高速发射时的动密封性能。分析唇形密封圈的工作原理,利用微观组织分析方法研究密封圈失效机制;通过橡胶力学性能试验和拟合寻优,确定橡胶超弹性本构模型,利用ABAQUS建立密封圈轴对称有限元模型;通过ADAMS仿真求解得到不同装药条件下制退机后坐速度、变化油压等参数,并综合考虑初始过盈量、摩擦因数、动密封速度等因素,分别对密封圈的安装、静密封和动密封等工况进行模拟;根据密封圈失效准则,研究变化油压冲击作用下的唇形橡胶圈动密封性能,对研究和掌握火炮发射状态下唇形密封圈的寿命规律具有一定参考价值。

水介质单体液压支柱Y型密封圈的CAE优化分析

介绍了水介质单体液压支柱采用的密封元件———Y型密封圈的结构与成型;针对注射成型过程中Y型密封圈出现的主要成型缺陷———缩痕,分析了其产生的原因,提出了解决措施;运用Moldflow对Y型密封圈的注射成型过程进行CAE分析;从改进注射成型工艺参数和模具结构2个方面着手,提出3种优化方案进行CAE优化分析,并将所得之最优方案付诸于实际成型过程。依据最优方案成型的Y型密封圈其缺陷得以消除,符合水介质单体液压支柱对密封元件的要求。

钻机转速与配油套密封性能关系的研究

配油套是全液压坑道钻机中重要的密封元件,其密封性能的好坏直接影响到液压系统效率的高低。论文通过对钻机转速和配油套密封性能关系的试验研究,得出了配油套泄漏量和主轴转速之间的关系,并结合煤矿坑道钻探钻进工艺的要求,提出了钻机在不同工况下合理的回转速度。