全液压钻机液压卡盘自补偿式环状密封装置研究

发布时间：2017-08-17 00:18

  本文关键词：全液压钻机液压卡盘自补偿式环状密封装置研究

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【摘要】：液压卡盘是全液压动力头式坑道钻机的重要部件,多采用胶囊式结构,油压夹紧方式。卡盘与主轴相连,工作时夹紧钻杆实现高速旋转、给进和起拔等功能,输出所需的转矩和钻压。为了向旋转的卡盘提供连续的压力油,多采用机械间隙密封式密封装置作为卡盘的回转供油装置。随着钻机能力的提高、钻杆直径的增大,密封装置在长时间工作后因工作液压油温度升高、压力增大导致密封装置的泄漏量增大,钻机液压传动效率降低明显,直接影响整机性能。因此有必要对密封装置进行研究和创新设计以满足卡盘回转供油密封装置的密封要求。文章从密封装置原理出发,分析普通密封装置的结构特点及失效原因发现,引起普通密封装置泄漏量增大的主要原因是：密封间隙内液压油温度升高和压力增大导致的密封间隙值的增大。通过研究普通密封装置密封间隙值与结构参数厚度比、长度、进油孔直径,工作参数工作压力、温度之间的关系,提出在温度场和压力场共同作用下,控制密封间隙为目标的新型密封装置的设计思路。发明了液压卡盘回转供油自补偿式环状密封装置并计算了该装置的关键结构参数内套厚度和O形圈位置,使用有限元分析方法研究普通密封装置和自补偿式环状密封装置在工作状态下密封间隙与其结构参数和工作参数之间的关系,对设计的自补偿式环状密封装置进行了优化。研制了卡盘回转供油密封装置性能检测系统,利用正交试验法对设计的自补偿式环状密封装置的密封性能进行试验研究,通过显著性分析获得了影响其密封性能的各工作参数的主次关系,并与普通密封装置的密封性能试验结果进行了对比分析。研究结果表明,设计的自补偿式环状密封装置具有压力变化时泄漏量稳定、加工装配难度低的特点,达到了设计目标,为全液压钻机卡盘回转供油密封装置的设计创新提供参考。
【关键词】：密封装置 自补偿 密封间隙 有限元分析 泄漏量
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634.31
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 动力头式全液压钻机简介9-10
• 1.2 全液压钻机动力头与液压卡盘10-14
• 1.2.1 动力头10
• 1.2.2 液压卡盘10-14
• 1.3 全液压钻机液压卡盘密封装置研究14-21
• 1.3.1 液压卡盘供油密封技术14-15
• 1.3.2 流体动密封技术15-17
• 1.3.3 研究背景17-19
• 1.3.4 研究现状19-20
• 1.3.5 研究内容20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 2 密封原理分析及自补偿式环状密封装置的设计22-37
• 2.1 密封原理、失效原因分析与密封间隙影响因素计算22-30
• 2.1.1 密封原理22-23
• 2.1.2 密封特点与失效原因分析23-25
• 2.1.3 密封间隙影响因素计算25-30
• 2.2 自补偿式环状密封装置的设计30-35
• 2.2.1 自补偿原理及结构设计30-32
• 2.2.2 关键参数设计32-35
• 2.3 本章小结35-37
• 3 普通密封装置与自补偿式环状密封装置有限元分析37-59
• 3.1 有限元分析方法概述37-41
• 3.1.1 有限元法的基本思想37-38
• 3.1.2 有限元法的理论基础38-41
• 3.2 普通密封装置有限元分析41-49
• 3.2.1 模型建立41-44
• 3.2.2 有限元结果分析44-49
• 3.3 自补偿式环状密封装置有限元分析49-57
• 3.3.1 模型建立49-51
• 3.3.2 有限元结果分析51-57
• 3.4 有限元结果对比57
• 3.5 本章小结57-59
• 4 自补偿式环状密封装置性能试验59-80
• 4.1 密封性能检测试验装置设计59-73
• 4.1.1 试验装置工况模拟部分设计60-62
• 4.1.2 试验装置参数控制部分设计62-65
• 4.1.3 试验装置数据检测系统设计65-73
• 4.2 自补偿式环状密封装置密封性能试验研究73-79
• 4.2.1 试验方案设计74-75
• 4.2.2 试验数据采集与分析75-78
• 4.2.3 密封性能对比分析78-79
• 4.3 本章小结79-80
• 5 结论与展望80-82
• 5.1 结论80
• 5.2 存在问题与展望80-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 附录Ⅰ86-87
• 附录Ⅱ87-88
• 附录Ⅲ88

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本文编号：686242