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活塞在水泥泵的易损件中占有很大的比例,活塞密封性能的好坏对其本身的使用寿命有着决定性的影响,进而影响到施工的成本和效率,所以对水泥泵活塞动密封性能的研究有着重大的现实意义和必要性。为了对水泥泵活塞进行深入的研究,本文分析了水泥泵的工作原理,并对活塞在两种状态（静态和动态）下的受力进行了分析,为活塞受力的数值模拟提供理论依据。本文在HBT80.13.110S水泥泵活塞的基础上,通过对比缩放,设计出9种凹坑形柱塞进行动密封替代试验。由试验结果可知,凹坑形结构可以降低柱塞使用时的泄漏量,最大降低了77.3%,最小降低了19.4%。为了对凹坑形柱塞的结构参数进行优化,利用极差分析法分析各试验因素对泄漏量的影响,再利用多元正交多项式回归设计获得回归方程。通过对9种凹坑形柱塞泄漏量的极差分析,确定了试验的主次因素A、B,C,最优组合A2B1C3,即凹坑直径为3.0mm,凹坑中心夹角为10°,凹坑深度为4.0mm。为了验证极差分析得到的最优结果,通过模拟仿真结合验证试验,对不同凹坑因素进行组合研究,发现凹坑直径3.0mm,凹坑中心夹角10°,凹坑深度4.0mm是最优的参数组合。根据柱塞的推力试验可知仅改善界面润滑条件,降低界面摩擦系数,并不一定有更高的动密封性能,维持柱塞动密封性能需一定的径向接触压力。为了对凹坑形柱塞的密封耐磨机理进行研究,本文利用WORKBENCH有限元软件对光滑柱塞和凹坑形柱塞在动密封试验台工况下的运动进行了数值模拟,该模拟主要分析三个部分,分别是接触压力、等效应力、表面流场分布。通过对柱塞唇部接触压力和根部等效应力的对比分析可知,凹坑形柱塞唇部的接触压力较大,根部的等效应力较小,柱塞唇部的接触压力是衡量柱塞动密封性能的关键指标,其值越大,动密封性能越好,根部等效应力是衡量柱塞耐磨性能的指标,其值越小,柱塞的耐磨性能越好。通过分析柱塞表面流场的分布状况,得知凹坑形结构改变了润滑油在柱塞表面的流动状态,当润滑油流经柱塞表面的凹坑时,在坑内出现旋转的现象,流速明显变缓并伴有回流的趋势,柱塞表面润滑油的动态观测试验验证了有限元流场分析的正确性。密封耐磨机理主要总结为3个方面:（1）凹坑形结构改变了柱塞的受力情况;（2）凹坑形结构有降低润滑油流速的作用;（3）凹坑形结构有存储润滑油的作用。最后结合最优的凹坑结构参数,对HBT80.13.110S水泥泵活塞进行改进设计,在其表面上设计出最优参数的凹坑形结构,然后对活塞在实际泵送工况下的受力情况进行有限元数值模拟,对比分析标准活塞和凹坑形活塞的等效应力、接触压力、表面流场分布,最后得出结论:凹坑形水泥泵活塞的动密封性能优于标准活塞。

关键词：水泥泵活塞柱塞密封有限元分析密封试验

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轮毂轴承单体密封试验泥浆输入参数研究

轮毂轴承单体密封试验泥浆输入参数研究

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作者：余来娟浙江工业大学

学位级别：硕士

轮毂轴承作为汽车关键的零部件,对汽车的安全性起着重要作用。轮毂轴承密封圈的失效将导致外界的灰尘、泥水和颗粒等异物进入轮毂轴承内部,污染和锈蚀内部的滚道和滚动体,使轮毂轴承失效,因此密封圈的密封性能对轮毂轴承十分地重要。泥... 详细信息

轮毂轴承作为汽车关键的零部件,对汽车的安全性起着重要作用。轮毂轴承密封圈的失效将导致外界的灰尘、泥水和颗粒等异物进入轮毂轴承内部,污染和锈蚀内部的滚道和滚动体,使轮毂轴承失效,因此密封圈的密封性能对轮毂轴承十分地重要。泥浆作为轮毂轴承单体密封试验中最为关键的环境介质,有严格的配比要求,泥浆浓度的正确性及准确性直接影响了轮毂轴承单体密封试验结果的有效性。本文以半浸介入方式轮毂轴承单体密封试验为研究对象,采用数值模拟方法对试验中的泥浆浓度进行了仿真计算,并通过正交试验设计法研究了泥浆输入参数对泥浆浓度的影响。主要的工作内容如下:(1)介绍了泥浆中泥浆颗粒的粒径分布情况,提出以加权平均粒径进行泥浆浓度的分析计算。针对泥浆局部区域总体浓度的描述问题,提出了一种以泥浆体积分数均值和泥浆体积分数标准差相结合的总体浓度描述方法,且给出了泥浆体积分数均值与泥浆体积分数标准差在有限元中的计算方法。从设计的角度给出了半浸介入方式轮毂轴承单体密封试验涉及的泥浆输入参数,讨论了泥浆输入参数对泥浆浓度的影响。(2)建立了泥浆浓度仿真模型,对泥浆悬浮液的静态沉降进行数值模拟和实验,验证了用欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型对泥浆浓度问题进行数值模拟的可行性。(3)建立了泥浆池有限元模型,采用欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型实现了泥浆池内泥浆浓度的数值模拟计算,计算得到了密封圈浸没部分周围区域内的泥浆体积分数均值与泥浆体积分数标准差。(4)设计了轮毂轴承单体密封试验的正交试验方案,通过各试验方案的数值仿真结果,研究了泥浆输入参数对密封圈浸没部分周围区域内泥浆浓度的影响规律。在此基础上,实现了泥浆输入参数的设计,且通过了泥浆浓度的数值模拟验证,实际应用效果良好。本文关于半浸介入方式轮毂轴承单体密封试验泥浆输入参数的研究成果,可应用于指导半浸介入方式进行轮毂轴承单体密封试验的泥浆系统设计,以确保轮毂轴承单体密封试验结果的有效性。

关键词：轮毂轴承密封试验半浸介入方式泥浆浓度正交试验

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