水射流增压缸密封件摩擦磨损特性研究

作     者：黄进 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：傅连东

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：增压缸 水射流 高压密封 摩擦磨损 结构优化 

摘      要：高压水射流技术广泛应用于机械、冶金、矿山等重工业中,增压缸作为目前大多数水射流系统的高压水发生源,其密封性能的优劣直接影响水射流系统的压力和使用寿命。当前的研究热点主要是在满足密封功能的前提下,优化增压系统运行参数和密封件结构参数,尽量减小柱塞的摩擦阻力,同时提高密封件的工作寿命。因此对增压缸内高压往复密封件的摩擦磨损特性,进行如下几个方面的研究。（1）对增压缸的结构进行分析和设计,以降低密封件与柱塞往复运动之间的摩擦力为目标,设计新型增压缸密封组件,利用有限元分析软件ANSYS进行高压动密封仿真分析;基于摩擦接触理论,分析新型密封组件的减阻特性和结构参数对密封性能的影响,然后结合增压缸的升降压运行特点对主密封面的摩擦力与压力之间的变化规律进行研究。（2）根据主密封面摩擦力与压力之间的变化关系和增压系统的工作原理,建立增压缸数学模型,应用AMESim对水射流系统进行动态特性模拟,在增压缸内加入密封摩擦模型,分析主密封面摩擦因数、增压比、液压泵出口流量对喷嘴出口压力和出口流量稳定性的影响,同时对系统在不同参数下运行时的增压缸高压腔压力变化特性进行研究。（3）根据水射流系统稳定后的高压腔压力变化规律,基于修正的Archard磨损模型进行有限元磨损模拟,分析磨损对密封性能的影响,确定密封件磨损失效的条件,然后对密封件的寿命进行预测,进一步分析系统在不同参数下运行时对主密封面摩擦损耗和滑环磨损工作寿命的影响。（4）以降低柱塞往复运动的摩擦损耗和提高密封件磨损工作寿命为目标,选取滑环唇边对摩擦磨损特性影响较大的结构参数为优化变量,采用响应曲面法对密封结构建立优化模型,分析各因素之间的交互作用并得到最优参数组合,为高压往复密封件的优化设计提供一定的理论参考。