压水堆控制棒驱动机构传动部件磨损研究现状

在压水堆核电站中,控制棒驱动机构(CRDM)是实现反应堆启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故状态下的紧急停堆的关键设备,其可靠性直接关系到核电站的运行安全,磨损是该机构失效的主要形式。压水堆CRDM所用传动部件主要有磁力提升钩爪式和丝杠滚珠式,磨损失效是传动部件主要的失效形式。目前针对CRDM传动部件磨损的研究进展缺乏系统地分析或综述。本文介绍了CRDM传动机构的结构和运动形式,阐述了CRDM传动机构的材料选型与未来研究方向,并概述了核电行业中的CRDM传动机构的磨损研究进展,最后讨论了两种机构基于不同理论的磨损预测模型,并对CRDM传动机构材料的未来研究方向进行展望。

基于跨黏度纤维素对磨螺杆表面的实验与仿真研究

采用摩擦学性能测试与EDEM仿真模拟相结合的方法,研究了跨黏度纤维素在不同转速和不同载荷下的摩擦学行为,以及在摩擦过程中对螺杆表面的磨损机制。跨黏度纤维素的摩擦学性能测试采用“球-盘”式摩擦磨损试验机,而对螺杆的磨损机制采用Archard Wear磨粒磨损计算公式及离散元方法构建纤维素及螺杆磨损机制模型。研究结果表明,在高转速60 r/min条件下,跨黏度纤维素的磨损规律受施加载荷大小的影响较大,15 mPa·s的摩擦系数在0.19至0.44之间,100 000 mPa·s的摩擦系数在0.25至0.52之间;在低转速10 r/min条件下,摩擦系数受法向载荷影响波动较大,15 mPa·s的摩擦系数在0.25至0.44之间,100 000 mPa·s的摩擦系数在0.24至0.58之间。通过EDEM仿真模拟发现,随着纤维素黏度增大,纤维素与螺杆表面的接触面积随之减少,螺棱在对纤维素推动的过程中,不易造成纤维素在螺槽中的相对滑动,进而减少螺槽部位的磨损。纤维素的黏度大小对润滑效果有一定影响,但并不是决定性因素;影响纤维素的润滑效果和磨损机理的主要是加载载荷,其中磨损程度随着载荷变大而加深,而磨损机理以磨粒磨损为主。同时,纤维素黏度会对螺杆的磨损位置和磨损程度产生影响。

砂带磨损对螺杆转子磨削去除深度影响分析

为保证螺杆转子表面磨削加工材料去除的均匀性,考虑砂带磨料磨损对磨削去除深度的影响,建立螺杆转子材料去除深度数学模型。根据弹塑性变形理论,结合磨削过程中磨粒的磨损规律,建立单颗磨粒材料去除率理论模型。将磨粒的磨损分为快速磨损阶段和稳定磨损阶段2个阶段。基于单位接触面积上磨粒的数目和磨粒的出刃规律,运用数值积分和接触压力计算出磨粒的最大切削深度,利用积分建立基于砂带磨损的宏观材料去除率数学模型。该数学模型考虑了砂带的磨损,其预测值和试验值相比,最大误差为9.6%,最小误差为4.1%。该试验数据充分验证了模型的有效性,可以为保障螺杆转子廓形精度提供理论基础。

螺杆钻具十字万向轴运动副球面磨损规律

螺杆钻具十字万向轴是传递扭矩和转速的关键结构,其运动副中锁紧轴与球座之间产生相对滑动而导致本体结构加速磨损,显著降低了万向轴的使用寿命。为研究锁紧轴与球座的圆弧面半径对滑动磨损的影响规律,建立多种圆弧面半径的三维磨损仿真物理模型;基于赫兹接触理论和Archard磨损理论研究不同半径条件下的体积磨损量、最大变形量、最大滑移距离和最大穿透深度的变化规律;借助现场试验进一步研究非密封十字万向轴的锁紧轴和球座之间滑动磨损后所呈现的结构形态和易磨损区域分布。结果表明:在一定范围内,随着圆弧面半径逐渐增大,体积磨损量呈现先减小后增加的趋势,最大滑移距离和最大穿透深度逐渐减小,最大变形量受圆弧面半径的影响较小,推荐最优半径为28~30 mm。仿真分析和现场试验结果表明,锁紧轴和球座侧滑会导致锁紧轴圆弧凸面沿圆周方向出现明显的磨损且边沿处出现“尖角”,球座圆弧凹面边沿厚度减小,形成环形凹槽且呈“卷曲变形”。该研究可以为十字万向轴的运动副的结构优化设计及耐磨性的提高提供参考。

高转速螺旋输送机设计研究

针对煤矿井下巷道复杂多变、设备繁多、暂无体积较小输送能力较大的煤水混合物运输设备的问题,通过对适合运输固液混合物、污水淤泥的螺旋输送装备进行研究,研制具有较大处理能力且占用巷道空间较小、适应性较强的高转速螺旋输送机,解决煤矿井下煤水混合物运输问题。该高转速螺旋输送机可提升煤矿井下煤水混合物运输效率,降低人工劳动强度,有助于煤矿井工标准化建设。

基于离散元法双螺杆挤出机磨损特性分析

双螺杆挤出机在生产过程中经常会出现螺杆磨损等问题,严重影响了螺杆的使用寿命和聚合物加工的品质。本文采用离散单元法(DEM),结合Archard磨损模型,对同向啮合双螺杆挤出机螺杆磨损进行数值模拟,分析螺杆转速和填充率等因素对双螺杆挤出机磨损特性的影响规律。结果表明,螺杆磨损主要发生在螺棱的顶部区域以及进料口处,在物料进入机筒入口处会发生严重的挤压磨损;随着螺杆转速和填充率的增加,螺杆的磨损程度不断增大;料槽后方输送段的螺杆主要产生横向切削磨损,切向累积能量是导致磨损的关键因素。

基于离散元法的倾斜式螺旋输送机抗磨损优化

以35°倾斜式螺旋输送机为例,利用离散元EDEM软件结合单因素分析法分析螺旋直径、转速、填充率、螺距对螺旋输送机磨损的影响,并获得各参数取值范围。以平均磨损深度和最大磨损深度为评价指标进行正交实验设计和极差分析,通过多目标优化获得最佳参数为螺旋直径380 mm、转速100 r/min、填充率40%、螺距210 mm。仿真分析结果表明,螺旋叶片的最大磨损深度为0.1545 nm,小于本设备最大磨损深度极限0.2250 nm,符合设计要求。优化方案对同类螺旋输送机的设计和使用具有一定指导价值。

压缩机转子铣削可转位刀片的磨损特性研究

螺杆转子作为双螺杆压缩机的核心部件,通过成型铣削加工而成,加工工艺属于大型、断续加工类型,刀片承受的切削力和冲击载荷很大,易产生磨钝、崩刃等失效形式。本文通过对比两种不同涂层刀片(CV_1:TiCN+Al_(2)O_(3)+TiN;CV_2:TiN+TiCN+Al_(2)O_(3))铣削加工阴转子的试验,得到磨损曲线和铣削过程中的换刃情况,并通过SEM和EDS得到CV_1和CV_2的主要磨损形式均为机械磨损和氧化磨损,CV_2出现了更严重的粘结磨损;CV_2与CV_1相比,前期耐磨性更好,后期耐磨性能较差;对两种刀片的磨损特征和寿命进行评估比较,得到CV_1切削刃使用效率和使用寿命分别为刀片CV_2的82.76%和82.74%,并获得了两种刀片的换刀频次,有利于后续加工中减少观察刀片磨损情况的次数,优化刀片使用方案,提升转子加工效率。

盘铣刀铣削过程中刀具磨损研究

为实现对盘铣刀铣削转子过程中刀具磨损率预测,达到预测刀具有效加工时间的目的,采用线性回归方法建立了刀具磨损率预测模型,并验证了模型的准确性;基于该模型分析了工艺参数对刀具磨损率的影响规律。研究结果表明:当主轴转速增加时,刀具磨损率逐渐增大;当间歇进给量增加时,刀具磨损率先减小后增大;当加工倍率增加时,刀具磨损率逐渐增加。

基于等温弹流润滑理论的滚珠丝杠副摩擦机理研究

针对滚珠丝杠副在低转速状态存在混合润滑导致丝杠滚道加速磨损的问题,基于等温弹流润滑理论建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型研究滚珠与滚道间的摩擦机理和磨损形式.首先基于Frenet-Serret坐标转换方法建立丝杠与螺母的滚道曲面几何模型.其次基于Reynolds方程建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型,求解了润滑油膜接触压力分布、油膜厚度分布和微凸体接触压力分布.最后从微观角度阐明了滚珠丝杠副的摩擦机理,其摩擦因数由微凸体接触摩擦因数和油膜润滑摩擦因数组成.实验结果表明:在低转速阶段丝杠滚道的磨损方式为黏着磨损和磨粒磨损,且模拟的摩擦因数曲线趋势和经典的Stribeck摩擦曲线趋势吻合较好,根据实测摩擦力矩准确识别了不同转速下滚珠丝杠副的摩擦因数和润滑状态.

滚珠丝杠副精度保持性加速退化试验方法

为了研究滚珠丝杠副精度保持性,实现快速预测其精度寿命,建立了其精度保持性加速退化试验方法.利用滚珠丝杠副磨损物理仿真模型开展了滚珠丝杠副精度保持性加速退化仿真试验.结果表明:实现了滚珠丝杠副寿命的快速预测,为开展精密滚珠丝杠副精度保持性加速退化试验研究提供了理论依据.

精密滚珠丝杠副丝杠滚道磨损异常的原因分析

实践中发现,精密滚珠丝杠副丝杠轴滚道的磨损明显大于螺母滚道,本文从弹性接触和润滑状态两方面分析了产生这一现象的原因。研究表明,滚珠与丝杠轴滚道的接触应力高于滚珠与螺母滚道的接触应力,而滚珠与螺母滚道接触面的润滑状态优于滚珠与丝杠轴滚道接触面。该研究结果为滚珠丝杠副的合理设计和适当润滑提供了理论依据。

基于Archard理论的滚珠丝杠磨损预测

在数控机床等自动化设备中,滚珠丝杠副具有相对封闭结构特性。为了研究其磨损特性,基于Archard模型的增量形式建立了滚珠丝杠副的磨损模型,并通过分析滚珠丝杠副运转过程中的接触变形和接触角的变化,求出接触点的相对速度。考虑到轴向载荷、接触面间的相对速度、离心力和陀螺力矩的影响,推导出滚珠丝杠副磨损后的轴向位移,用数值方法得到了滚珠丝杠副的磨损规律,同时在试验台上进行了实验验证。实验结果表明,在滚珠丝杠副运行中的黏着磨损阶段,磨损模型的理论值与实测值吻合较好,所建立的滚珠丝杠副磨损模型能够反映黏着磨损阶段的实际磨损变化规律。

采油螺杆泵磨损机理试验性研究

现今油田螺杆泵抽油井普遍采用的是单螺杆泵进行采油作业。针对螺杆泵转子与定子橡胶间的磨损问题,模拟GLB120—27型采油单螺杆泵螺杆-衬套副进行磨损试验研究。利用变频器改造MPX—2000型磨损试验机的参数及设计进行磨损试验的夹具。查阅相关文献并结合现场实际工况确定试验方案及试验参数。通过试验结果分析摩擦系数和磨损量与速度、载荷、环境介质之间的规律,为分析螺杆泵橡胶衬套磨损机理提供依据。

螺杆泵驱动装置磨损状态监测系统

螺杆泵驱动装置受力复杂,振源众多,轴承和齿轮的磨损类故障较为频繁,而常规的单项指标测试只能进行定性分析,诊断精确度不高。为此,开发了磨损状态监测系统。该系统由传感器、诊断仪主机和便携式计算机组成。通过建立设备信息库、故障模式库实现了故障特征自动提取;通过建立磨损状态分级模型,实现了部件的故障诊断及整机磨损状态的评判。实际应用中,诊断出了电机轴承磨损和驱动装置大、小齿轮磨损的故障,表明系统具有较高的应用价值。

滚珠丝杠副磨损失效机理研究进展

在机床、航空航天、自动化等领域的机械传动系统中,滚珠丝杠副存在使用寿命短、温升过快、可靠性差、磨损失效快等一系列问题,对滚珠丝杠副的磨损失效机理进行系统、深入的分析尤为重要。文章分析了滚珠丝杠副的接触力学和摩擦力学的特点,从磨损失效形式、磨损理论模型、材料性能及失效诊断方法等四个方面对目前滚珠丝杠副磨损失效的研究现状进行了评述,指出了滚珠丝杠副磨损失效亟待解决的问题。

螺旋输送机叶片磨损情况分析研究

螺旋叶片是螺旋输送机主要构件和易损耗件,通过对螺旋叶片实际磨损量的测量,结果表明,螺旋输送机叶片的磨损不同于普通的接触磨损,螺旋叶片的磨损主要在外缘,磨损随物料移动其磨损量增大。

输送水煤浆的单螺杆泵定子磨损机理分析

水煤浆技术作为洁净煤工程的一个重要组成部分和煤炭加工的一种新途径,越来越受到各个方面的重视。但是输送水煤浆的单螺杆泵定子耐磨性差是影响水煤浆技术应用的一个重要方面。本文通过建立物理模型和运用扫描电镜(SEM)对定子磨损表面进行观察,对单螺杆泵定子磨损机理进行了分析,认为输送水煤浆的单螺杆泵的定子的磨损形式是水煤浆的磨粒侵蚀和转子的湿磨粒磨损的交替作用,而磨损机理则与定子断面各部分受力及介质有关。

螺杆泵转子磨损机理研究及解决方案

对螺杆泵定、转子的运动规律和橡胶衬套的溶胀、热膨胀现象进行了分析。研究表明,螺杆泵转子与定子在衬套直线段中点接触时的相对滑动速度最大;定子橡胶衬套型线在直线段为内凸状,且在直线段中点内凸最大,刚性转子在该点挤压橡胶衬套的接触应力最大;由于滑动速度和接触应力最大,且都是在橡胶衬套直线段中点接触,因此在转子上会形成一条螺旋形的磨损线,导致转子表面的镀层脱落。提出了4种减小螺杆泵转子磨损的方法。

螺旋进给式制棒机的改进设计

针对螺旋进给式制棒机目前存在的主要问题,设计采用由固定杆和可换压头组成的分体式推进器;同时,将机器上箱盖改为快速开合式,解决了推进器可换压头的快速更换。提高了机器的生产能力。