密封件密封

关键词： 密封件 密封 有限元 密封圈

密封件密封（精选十篇）

密封件密封 篇1

当前, 食品安全问题越来越受到国民的关注。而在密封食品的包装过程中, 由于漏封、压穿或材料本身存在的裂缝而形成的内外连通的小孔等等, 这些包装破损都会对包装内容物产生不利影响[1], 都是威胁食品安全的主要问题之一。一旦食品包装的密封性不好, 食品的质量将失去保证, 这不仅将对企业造成一定的经济损失, 更对人们的身体健康造成威胁。目前, 密封试验主要用在电子行业。而在软包装行业, 密封监测主要通过手工监测和浸水的方法实现, 这种方法工作效率不高, 耗时, 而且对于很微小的小孔很容易发生漏检的现象。

本文针对肉眼难以辨识的微小破损, 采用高压介质阻挡放电的方法, 采集密封包装食品的放电信号, 通过对放电信号的滤波处理, 分别用EMD和EEMD方法提取放电信号的特征参数, 不仅证明了EEMD方法能有效地减少EMD中的模态混叠问题, 而且若将EEMD能量比作为后续工作的支持向量机或神经网络的输入变量, 将为密封包装食品的在线检测提供了一种新的思路。

1 放电信号采集

在本文的研究中, 放电信号产生的原理是:将密封包装食品置于一个高压交变的电场中, 食品包装薄膜相当于一个绝缘介质, 高压电路的正负极两端分别通过两个导电电极与食品的不同端薄膜相接触, 当电路中通过高压电时, 电路中会发生放电现象;而当食品的薄膜上存在针孔时, 食品的绝缘强度会发生变化, 从而在电路中发生相对比较强烈的介质阻挡放电现象[2,3]。信号采集的主要实现过程如图1所示。

2 放电信号的预处理

由于小波包变换能对信号的低频和高频部分都进行分解, 而我们采集的放电信号不仅在低频而且在高频部分也可能含有有用信息, 所以在放电信号预处理滤波中选取小波包变换更为合适。

一维小波包对信号进行去噪处理的一般步骤如下[4~6]:

1) 信号的小波包分解。选择一个小波并确定所需分解的层次, 然后对信号进行小波包分解。

2) 确定最优小波包基。对于一个给定的熵标准, 计算最优树。

3) 小波包分解系数的阈值量化。对于每一个小波包分解系数, 选择一个恰当的阈值并对系数进行阈值量化。

4) 信号的小波包重构。根据最低层的小波包分解系数和经过量化处理系数, 进行小波包重构。

3 特征提取

根据密封食品高压放电原理, 当密封食品破损情况不同时, 放电信号中的频率和幅值会发生变化, 那么, 分布在各段频率上的能量比会发生变化。根据这一原理, 分别用EMD和EEMD方法对放电信号进行模态分解得到有限个频率从高到低排列的IMF (固有模态分量) , 计算各个模态分量的能量比作为区分不同状态放电信号的特征向量。

3.1 经验模态分解 (EMD)

所谓IMF就是满足2个条件的函数或信号:①在整个时间序列中, 极值点数与过零点数必须相等或者最多相差一个;②在任意时间点上, 信号局部极大值确定的上包络线和局部极小值确定的下包络线的均值为零[7]。

EMD及‘筛分’过程, 步骤如下[7,8]:

第一步, 确定时间序列x (t) 的所有局部极值点, 然后将所有极大值点和所有极小值点分别用样条曲线连接起来, 得到x (t) 的上、下包络线, 记上、下包络线的均值为m (t) 。

第二步, 用原始时间序列x (t) 减去包络线的均值m (t) , 得到h1 (t) , 检测h1 (t) 是否满足基本模式分量IMF的两个条件。如果不满足, 使h1 (t) 作为待处理数据, 重复第一步, 直至h1 (t) 是一个基本模式分量, 记h1 (t) =c1 (t) 。

第三步, 用原始时间序列x (t) 减去分解出的第一个基本模式分量c1 (t) , 得到剩余值序列x1 (t) , 把x1 (t) 当作一个新的 “ 原始序列” , 。

第四步, 重复上述步骤, 直到最后一个基本模式分量cn (t) 或剩余分量rn (t) , 变得比预期值小, 或者剩余分量rn (t) 变成单调函数, 从而从中不能再筛选出基本模式分量为止。

此时, 分解过程结束, 时间序列x (t) 可表示成n个基本模式分量ci (t) 和一个余项rn (t) 的和, 即:

3.2 总体平均经验模态分解 (EEMD)

EEMD分解方法的原理是:利用高斯白噪声具有频率均匀分布的统计特性, 当信号加入高斯白噪声后, 将使信号在不同尺度上具有连续性, 促进抗混分解, 避免模式混淆现象。

EEMD求解过程如下[9]:

第一步, 在原始时间序列x (t) 中分别加入m次等长度的正态分布的白噪声ni (t) , 即:yi (t) =x (t) +ni (t) , (i=1, 2, …m) 。

第二步, 对每一个加入白噪声的合成时间序列yi (t) 进行EMD分解, 得到n个IMF分量cij (t) 和余项ri (t) , (j=1, 2, …n) 。

第三步, 利用白噪声不相关, 均值为零的特性, 将m个合成序列yi (t) 分解得到的对应的IMF分量加和求平均得到最终的EEMD分解结果, 即:

4 计算机仿真结果与分析

实验中, 我们选取每次EEMD分解的前8个IMF分量, 计算每个IMF分量的能量与信号总能量的比值, 得到一个以能量比为元素的包含8个元素的向量, 并将其作为特征向量。

按照前面给出的去噪步骤, 根据信号的特点和反复试验, 最终选取sym12小波, 对x进行6 尺度分解, 得到6个层次的小波包分解系数。放电信号的主要特征成分是高频, 对低频系数进行阈值量化处理, 即设置Keepapp值为0.8, 设置阈值参数为0.2。单件食品放电信号经小波包阈值滤波之后的波形如图2所示, 图中信号大部分是平稳信号, 而我们所需的放电信号主要是幅值发生突变部分。

通过上图可以看出, 在采集的信号中, 放电部分信号比较短, 主要是平稳信号。所以为了减少数据量和节省时间, 我们只提取出放电部分信号进行后续的特征提取, 而将平稳信号全部释放。图3是针对密封包装完好的食品的放电信号进行EEMD分解后得到的一组8个IMF分量。

通过示波器, 分别采集密封完好和一端存在一圈针孔条件下的放电信号各4组, 经小波包滤波后, 对其分别进行EMD和EEMD模态分解, 求解各组IMF分量的能量比。结果列于表1、表2中。通过表1、表2的对比可见, EEMD分解得到的不同密封条件下的各组IMF能量比之间有明显区别, 如表2所示, 在第一组、第四组、第五组和第七组能量比之间均有差异。而EMD分解得到的能量比在不同状态下具有较严重的模态混叠问题, 如表1所示, 只在第五组能量比之间有不同, 而其他组之间都是交叉分布。可见, EEMD方法能有效地减少EMD中的模态混叠问题, 同时经EEMD分解得到的IMF能量比可以作为特征向量, 作为后续的神经网络或支持向量机的输入来实现密封在完好和针孔存在下的放电信号的区分。

5 结论

本文针对当前密封包装微小破损难以辨识和检测的难题, 经小波包滤波后, 分别采用EMD和EEMD方法对采集的放电信号进行了分析, 求取了各个IMF分量的能量比。通过对比得出结论:

1) EEMD方法能有效地减少EMD中模态混叠问题。

2) 将EEMD分解得到的能量比作为特征向量能有效地区分不同状态下的放电信号, 解决了人工检测中对于很微小的小孔容易发生漏检的问题, 为密封包装食品的在线检测提供了一种新的思路。

参考文献

[1]朱湘莹.包装密封性检测原理简析[J].包装世界, 2011 (02) .

[2]庄恩宝.密封包装食品的针孔检测[J].包装与食品机械, 1988 (02) .

[3]邵建设, 严萍, 孙瑶鸿, 等.介质阻挡放电检测塑料容器的密封性能[J].高电压技术, 2009.03, 35 (03) :641-645.

[4]Deboer D W.Drop and energy characteristics of a rotating spray-plate sprinkler[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2002, 6:137-146.

[5]Scibilia M F.Heat transfer in forced wall jet on a heated rough surface[J].Journal of Thermal Science, 2000, 9 (1) :85-92.

[6]Gu R.Modeling two-dim entional turbulent offset jets[J].Journal of Hadraulic Engineering, 1996, 11:617-624.

[7]N.E.Huang, Z.Shen, S.R.Long, M.C.Wu, H.H.Shin, Q.Zheng, N.C.Yen, C.C.Tung, and H.H.Liu.The empirical mode decomposition and the hilbert spectrum for nlinear and non-stationary time seriesanaltsis[J].Proc.Roy.Soc.LondonA, 1998, 454:903-995

[8]钱玉良, 张浩, 彭道刚, 夏飞.基于EMD调制和粒子群模型的发电机组轴心轨迹提纯[J].信息与控制, 2013, 42 (2) :243-251.

汽车密封件装配工艺分析及改进问题 篇2

关于汽车密封件装配工艺的改进问题有哪些？东晟密封件告诉您过度施压汽车密封件（油封）骨架变形，导致密封失效；油封没见压装的干涉，改进措施是合理设计压装夹具，增加限位；更改汽车密封件结构、增加（油封）刚性。

汽车油封表面受损

一、密封件的改进措施

1、第一改进方案

采用单组合式密封件结构，用三道封尘唇结构，防尘能力提高；该结构密封件刚度高，便于装配，不变形，同时避免了座圈碰撞带来的油封唇口的损坏，内外橡胶层为波浪结构可便于安装和拆卸。

2、第二改进方案

最重要是密封 篇3

但是，当你吃着不再香脆的薯片、潮湿发软的饼干、有点橡皮糖口感的腰果时，

就知道在天气多变的夏季，零食储存问题是时候提上议事日程了。

夏季存零食 冰箱不可靠

萱萱是典型的宅女，工作之余最大的爱好就是宅在家里，看书上网，时间倒是好过，也不用在户外忍受恼人的高温和突如其来的暴雨。但是，到了饭点咕咕叫的肚子成了她的烦恼。对于从不做饭的萱萱来说，零食就是贴心伴侣，解饿的饼干、消磨时间的瓜子、看碟最佳伴侣薯片，还有可口的坚果、果脯、糕点、巧克力……除了冰箱，萱萱有一个巨大的储物箱来存放这些零食，只要是拆开了易回潮的零食，她都用密闭的保鲜盒储存，冰箱放不下的时候，就放在大的密封盒里，在盒子角落还放一点防潮袋，可以吸收潮气。

对于糕点类的零食，萱萱是尽量不放冰箱的，进了冰箱的面包口感会发硬。要解决这个问题第一要诀就是在吃不完的情况下，用保鲜袋装上，把平时吃过的饼干包装里面的防潮袋留下，再用保鲜盒密封储存。就萱萱看来，夏季储存零食的最大要诀就是防潮，对抗方法是使用保鲜盒分类密封储存。尽量不要过于依赖冰箱，因为冰箱里也有很多肉眼看不到的细菌，而且也有冰化成的水，而拆开的零食没有了密封包装，很容易受到细菌的侵蚀。

重点推荐：4大类零食储存基本原则

膨化类：1.开封尽量吃完，没吃完可用小夹子把开口处夹紧，再用保鲜盒储存。2.可准备一些防潮剂，与食品分开放置。3.如果因为存放不当回潮了，还有一个补救方法，就是放到冰箱急冻，冰5-10分钟，就会恢复口感。

饮品类：1.酸奶最好购买日期最近的，有的人喜欢买大瓶装的酸奶，喝不完下次再喝。其实酸奶开封后最好一次喝完。实在没有喝完，需要冷藏，以控制里面的乳酸菌活性，使其活性平稳，在摄2℃至6℃之间保质期大约为两周到三周。在放进冰箱时要拧紧瓶盖，在瓶口处可用透明胶带缠绕一圈，让其密封性更好。2.对于开封后的果汁，最好存放进冰箱，避免其营养成分的流失。为避免冰箱异味影响口感，可放一些茶叶或者半个柠檬，达到除臭增香的效果。

糕点类：1.糕点食品最不好存放，实在要存，建议使用保鲜盒放在低温、阴凉、通风的地方，时间不超过1天。2.如果需要存放很长时间，可以将糕点放入冰箱，准备食用时，提前1小时把糕点取出来，这样才能保证其口感。3.糕点很容易串味，不要把糕点与其他食品、杂物一起存放。

干果类：1.最好的方法是放在冰箱冷藏，或放在阴凉、干燥、通风的地方。2.不要放在密封的容器中，更不能放在塑料袋中。3.存放葡萄干、杏干等果脯时，一定要注意控制环境温度，不可过湿或者过干。还要时常打开透透气，太干了味道就会不好，太湿了就会发霉。

TIPS 特殊零食特殊存

1.虽然零食类食品大多含有保鲜剂，储存时间比较长，要注意的是，长时间存储的零食，在口感和营养方面肯定会大打折扣。

2.用冰箱存放巧克力是错误的方法，将巧克力放进冰箱冷藏后，不但会失去原来的醇厚香味和口感，而且会导致其迅速繁殖细菌发霉变质。正确方法是先用塑料密封，再置于冰箱。取出时不要立即打开，让它慢慢回温至接近室温时再食用。

3.果汁中的维生素化学性质不稳定，会渐渐分解。特别是维生素C，在冰箱内放置两三天就基本损失殆尽了。建议购买果汁要尽量选择出厂不久的产品并及时喝完。开封后的果汁在冰箱存放最多3至5日。

4.贮存花生仁，可先将其晒干，摊晾，再用塑料袋密闭起来，可以放入一小包花椒，然后将塑料袋置于干燥、低温、避光的地方。这样可使花生仁保存两年以上。

Yx橡胶密封圈密封性能研究 篇4

Yx橡胶密封圈以其结构简单、安装方便、密封性能好等优点广泛应用于液压、气动等密封场合。采用有限元手段对密封圈的研究较多,其中主要集中在O形密封圈[1,2,3,4]、A形防尘圈[5]、X形变截面密封圈[6]等,而关于Yx密封的研究国内外报道较少。经检索,杨光,胡旭林[7]等应用有限元分析了Y形密封圈在不同工作压力下的变形规律,但其密封圈的模型结构过于简单,其唇部没有按照Yx密封圈的国家标准[12]进行建模分析,有限元分析中没有计算安装压缩效果,这与实际有一定的差异;于润生,杨秀萍[8]应用超弹性理论和非线性理论,采用有限元方法对Yx形液压密封圈的性能进行模拟,分析其失效的位置和模式,研究了参数对密封性能的影响,提出结构优化模型等等。这些专家学者的分析研究工作取得了一定的理论和工程应用价值。

本文应用ANSYS有限元软件对Yx橡胶密封圈进行建模,研究了该型密封圈初始预压缩量、工作压力变化等对密封性能的影响和原因。

1 Mooney-Rivlin材料模型

Yx橡胶密封圈采用的是TPU聚氨酯材料,工程上主要是以连续介质力学为基础,橡胶材料被认为是超弹性近似不可压缩体(泊松比趋近于0.5),其力学性质表现为材料非线性和几何非线性。目前,大型有限元软件可以用来模拟超弹性材料的材料模型有:Neo-Hookean、Mooney-Rivlin、Ogden、Polynomial Form、Arruda-Boyce、Gent、Yeoh、Blatz-Ko等,本文采用广泛应用的Mooney-Rivlin模型描述橡胶材料的应变能函数。

本文采用2参数的Mooney-Rivlin模型,其应变能函数表达式为:

其中,I1、I2为第一和第二Green应变不变量,C10、C01为Mooney-Rivlin材料参数,d为材料不可压缩参数,由式d=(1-2n)/(C10+C01)给出,n为材料泊松比。本文参照文献[10],取C10、C01分别为1.84MPa、0.47MPa。

2 有限元模型

根据Yx密封圈、孔轴、密封沟槽边界条件以及ANSYS的功能,Yx密封圈的有限元模型简化为平面对称模型,Yx密封圈截面结构及尺寸参照国家标准JB/ZQ 4265-1997[12]进行建模,本文按公称内径为d=300mm的轴用Yx密封圈建模,弹性模量取为7.8MPa,泊松比为0.5(不可压缩材料)。密封圈的硬度相对于金属材料的轴、孔,非常之小,轴、孔的变形相对密封圈可以忽略不计,因此以刚体-柔体的面-面接触单元TARGE169-CONTA172来模拟Yx密封圈对轴和沟槽的非线性接触行为,橡胶单元采用带中间节点的平面PLANE183超弹性单元来模拟(ANSYS较早的版本采用HPPER56,HPPER74等超弹性单元),设置单元关键字KEYOPT(3)=2来模拟平面应变(Plane strain)问题。如图1所示。

3 预压缩计算

YX密封圈装入沟槽中,其唇口与轴和沟槽内壁形成一定的预压缩形成的回弹力给密封接触面一定的压力,达到密封的作用。按照密封圈的结构尺寸,其预压缩量[12]为,活塞杆的配合公差为f 8,直径d=300mm的活塞杆,其单边误差范围为0.028~0.068mm,基本上可以忽略。因此,分别取δ=1.63、1.8、2.3mm三种情况进行分析比较,得到von Mises应力云图如图2、3、4所示(应力单位:MPa,变形比例因子:1)。

分析可知,在无液体压力作用下,预压缩量的变化对Yx密封圈的应力分布的影响不大,预压缩量增大0.63mm,最大von Mises应力只增加了约0.3MPa,主要是由于密封圈之类橡胶柔性材料,其弹性模量很小,按应力应变公式,s=Ee,其变形量e对应力的影响相对很小。

在预压缩量加大的情况下,Yx密封圈上唇口变形量比下唇口大,预压缩量为2.3mm时,上唇口基本被压缩为直线,与沟槽内壁基本贴合,而下唇口还基本维持点接触状态(三维模型为线接触),上唇口刚度小于下唇口。分析可知,下唇口与轴外圆柱面之间有相对运动,Yx密封圈的这种变形方式有利于减小运动摩擦力,减缓密封圈的磨损,提高使用寿命。

在预压缩量为δ=1.63、1.8、2.3mm三种情况下,下唇口与轴外圆柱面的最大接触压力分别为1.52、1.67、2.28MPa,接触压力基本按压缩量成线性递增,这是因为下唇口与轴外圆柱面接触面积基本维持线接触不变,压缩量增加与施加的挤压力成正比。

4 工作压力计算

Yx密封圈质地相对斯特封、格莱圈等组合形式的密封圈要柔软,在高压的作用下容易被挤入活塞杆和缸筒之间的间隙中。因此,Yx密封圈一般用在活塞缸的杆腔,或反向安装在活塞头下端,用来对低压进行密封(液压缸回程压力一般小于最大工作压力),我公司生产的液压机床最大液压工作压力为25MPa,因此,本文的计算按0~25MPa,以1MPa为载荷步增量逐步增加,计算中取标准预压缩量δ=1.8mm。取26个载荷步,时间增量为1s,共计算26s。本文所研究的对象为静态分析,时间设置并非真正意义上的时间,使用时间的目的在于使用ANSYS的时间历程后处理器,查看Yx密封圈下唇口尖点处接触压力随工作压力的变化规律。设置第一个载荷步的时间TIME=1,第2~26个载荷步的时间逐步增加1,第2~26个载荷步以重启动方式求解,以便生成时间历程记录文件,便于进行时间历程后处理。

第1个载荷步计算预压缩,工作压力为零,第2~26个载荷步计算液压工作载荷,每个载荷步压力增量1MPa。工作压力的计算采用循环方式求解,以减小程序的长度,该部分的命令流如下。

如图5所示是液体压力为25MPa时,Yx密封圈横截面的应力分布云图,最大应力约为15MPa,产生在沟槽下口圆角(R=0.2mm)接触区。整个密封圈外侧完全和沟槽内壁以及轴圆柱面紧密贴合,有少量被挤入轴孔之间的间隙中,接触线上的接触压力分布也较为均匀,如图6所示,除了拐角处变化较大,接触线上的接触压力大体在22~26MPa之间分布。

关于密封圈的失效准则和失效判据,目前普遍采用密封面最大接触压力大于液体工作压力来判断。图7是Yx密封圈下唇口处最大接触压力随工作压力的变化曲线。分析可知,在液体工作压力为0~2MPa时,下唇口最大接触压力增加较快,此时接触压力为3.65MPa,这是因为此时下唇口基本还处于点接触状态,见图8。液体压力2~3MPa时,下唇口最大接触压力增加的速度减慢,到约为5MPa以后,下唇口最大接触压力基本随液体工作压力的增加而线性增加。

取Ratio=下唇口最大接触压力/液体工作压力之比值。其意义为,当Ratio>1时,密封良好,当Ratio<1,有渗漏。绘制成Ratio-液体工作压力曲线图如图9所示,液体压力为零时,Ratio→∞,这与实际情况是完全吻合的。在液体压力约为0~3MPa时,Ratio下降较快,液体压力约3MPa以后下降速度减慢,约为5MPa以后逐渐水平。分析整个曲线,在整个加载区间,Ratio>1,说明密封情况良好。因此,分析可知,Yx密封圈的低压密封效果较高压密封效果要好,高压状态并不能增加密封性能的判据Ratio值,相反,高压状态下,由于整个密封圈变形较大,增大了接触面积和接触压力,从而增加运动件的运动阻力,加快了密封圈的磨损。因此在设计密封结构时,一般应将Yx密封圈放置在低压侧,有利于提高使用寿命和密封性能。

当然这在理论是符合的,实际生产的Yx密封件由于材料,制作工艺等差别,以及被密封零件结构的形状尺寸误差,低压下的贴紧效果并不是很理想。实践表明,进口密封圈的低压密封效果要远远优于国产密封圈。据了解,我公司的进口密封圈主要采用的是高压注塑成型工艺,成型件材料致密度高,冷却收缩率小,精度保持性好。而大部分国产密封圈采用的浇铸成型工艺,容易形成局部气孔、夹杂、收缩等缺陷,低压下容易出现渗漏现象。

5 低压状态细化计算

前述工作压力的计算研究的是Yx密封圈在0~25MPa液体工作压力下的密封状态,计算中取的液体工作压力载荷步增量为1MPa,相对较大,为了更精确研究Yx密封圈在低压下的工作状态,现取液体工作压力为0~5MPa,以0.1MPa为一个载荷步增量,重新计算。得到下唇最大接触压力随液体压力变化曲线图和下唇口Ratio值随液体压力的变化曲线图,如图10、11所示。

载荷步细化计算表明,在液体工作压力约为0.7MPa时,下唇口最大接触压力达到一个峰值,以后逐渐降低,在液体压力约为1.3MPa时为另外一个拐点,在此区间内,下唇口最大接触压力随液体工作压力的增加而逐步递减,约3MPa以后,又近似成线性递增,Ratio值也成近似线性递减。

为了便于解释这种现象,这里引入变形速率的概念,取橡胶密封圈的变形速率g=e/s,s为橡胶密封圈内某点的应力,e为该点在应力为s下产生的变形量。该值表达了材料在不同应力作用下的变形能力。

分析曲线图10可知,Yx密封圈下唇口的最大接触压力出现了两个分界点。

初始状态下,Yx密封圈在轴孔的挤压和约束作用下形成一定的预压缩量,从而产生下唇口的初始最大接触压力,随着液体工作压力的逐步增加,密封圈产生的变形越来越大,下唇口与轴外圆柱面的接触面积也逐步增大,在液体压力为0.7MPa时,接触压力与接触面积的比值大到一个极值点,也即在0.7MPa液体工作压力以内,下唇口的变形速率逐渐减小,0.7MPa时降低到第一个分界点,此时下唇口部分的材料变形很小,主要变形集中在接触尖端(对平面模型来说)。0.7~1.3MPa下唇口变形速率逐渐增大,1.3MPa到达极值点,在此区间内,下唇口附近的材料开始向轴内侧弯曲,使得下唇口接触线长度增加。1.3MPa以后,下唇口变形速率又逐渐减小,此时虽然液体工作压力增加了,但接触压力增加却相对缓慢,主要是下唇口的弯曲变形能力减小了。约为3MPa以后,Ratio值基本趋近于1,再增加液体工作压力,Yx密封圈的下唇口大部段贴合在密封表面,其变形能力明显降低。当液体压力增加到将Yx密封圈挤压到完全贴合沟槽内壁和被密封的表面时,其变形速率为零,此时,再增加液体压力,密封圈接触线附近的单元不会产生形变,密封间隙处除外。

6 下唇口接触线长度计算

分析可知,在液体工作压力为0~1.3MPa区间内,Yx密封下唇口变形不稳定,密封接触线变形规律不稳定。根据我公司液压机设计制造多年的经验,液压缸多出现低压渗漏,活塞杆在低压回程时容易出现挂油现象,这一方面与Yx密封圈和被密封的液压缸零部件的制造精度有关,另一方面也与Yx密封圈下唇口在进行密封时接触线的变化规律有关。下文将从不同液体压力下对Yx密封圈下唇口密封接触线的变化规律方面入手,探索接触线的变化对Yx密封圈密封性能的影响。

为了得到足够高的计算精度,将接触线处的单元进行细化处理,细化后的单元边长只有0.03mm左右,这足以保证发生接触部分的接触线长度计算精度。

计算中,取0~10MPa液体压力,取201个载荷步,第1个载荷步计算预压缩,第2~201个载荷步计算液体工作压力,载荷增量为0.05MPa,以重启动方式循环求解。

计算接触线长度的主要思想是:取Yx密封圈下唇口与轴圆柱面上会产生接触的单元,通过AN-SYS的通用后处理器的单元表功能取得各接触单元接触压力表,通过与数组结合,逐个单元地判断接触压力是否为零,将接触压力非零的单元和对应的单元编号赋予新的数组中,再定义数组取得所有单元节点的X坐标,使用冒泡排序法对节点X坐标数组进行排序,找到X坐标值最大和最小的发生接触的节点,取这两节点X坐标值NX和其X方向的变形量UX,则节点变形后的坐标NX′=NX+UX,将两节点的NX′相减,得到接触线长度值DIS_UX=NX2′-NX1′。给出该部分的计算命令流如下,以供参考。

得到Yx密封圈下唇口接触线长度随液体工作变化曲线图如图12所示。

分析该曲线,在液体压力约为0.7MPa时曲线处产生了第一个拐点,在此范围内接触线长度增加速度缓慢,证实了前文所述的Yx密封圈下唇口最大接触压力变化曲线的第一个分界点。以后接触线长度随工作压力的增加逐步上升,在液体压力为3.7~4.2MPa之间出现了一段水平线,此时的接触线长度约为6mm,见图13。在此液体工作压力区间内,密封接触线长度稳定,形成最佳密封效果。液体压力超过4.2MPa,接触线长度阶跃式增大到约为11mm,此时密封圈的下部基本与轴外圆柱面相接触了。说明4.2MPa是接触线变化的一个重要分界点,液体工作压力再增加,接触线长度不再增加,显而易见,是因为此时密封圈下唇口已近几乎和被密封表面完全贴合了。

因此,笔者认为,Yx密封圈最佳的密封工作压力约为3.7~4.2MPa,当然,此值是基于本文所取的材料参数而言,Yx密封圈在制作时其材料参数不可能绝对统一。此时,Yx密封圈下唇口密封接触线长度稳定,与运动件的接触面积相对较小,对密封圈的磨损相对减弱。

7 负工作压力计算

液压机的滑块在作快速下行运动时,主缸上腔会形成一个负压,以吸开安装在主缸尾部大孔中的充液阀,主缸通过充液阀补油,满足其快速下行流量的需要,该压力一般在0.03MPa左右。另一方面,由于液压缸的工作介质液压油中常常会混入空气形成气泡,在液体工作压力变化时,气泡的破裂会产生局部负压,因此对负压条件下的Yx密封圈工作状态的计算很有必要。

本文取0.03MPa的负压,按初始预压缩量0~2.3mm,以0.1mm为一个载荷步增量进行计算,绘制成下唇口最大接触压力与预压缩量之间关系的曲线图,如图14所示。

Yx密封圈在0.03MPa负压下,预压缩量为1.2mm时,下唇口最大接触压力开始增加,预压缩量小于1.2mm,预预压缩量的变化对下唇口最大接触压力几乎无影响。

8 结论

本文应用有限元方法建立了Yx密封圈的有限元模型,分析了预压缩量、工作压力对Yx密封圈密封性能的影响及其下密封唇口的接触压力变化规律。得出结论为,在不考虑制造误差情况下,从理论上讲,Yx密封圈的低压密封效果较高压密封效果要好,高压状态并不能增加密封接触压力的判据Ratio值。高压状态下,由于整个密封圈变形较大,增大了接触面积和接触压力,从而增加运动件的运动阻力,加快了密封圈的磨损。因此在设计密封结构时,一般应将Yx密封圈放置在低压侧。本文的研究为工程设计提供了理论依据。

重点分析了低压条件下,Yx密封圈的工作状态。低压条件下(平面模型),Yx密封圈的下唇口变形速率随液体压力的变化出现了两个分界点,第一个分界点是Yx密封圈下唇口接触尖端的点接触变形到线接触变形的转折点。第二个分界点是下唇口线接触变形速率最大的转折点,液体压力超过1.3MPa,下唇口变形速率减小。

对Yx密封圈密封线长度随液体工作压力的变化的计算表明,液体压力在3.7~4.2MPa时,密封接触线长度相对稳定,此时的密封接触线长度约为6mm,该压力为Yx密封圈稳定工作的最佳值。超过此压力,Yx密封圈的下唇口大部分段将和被密封表面接触,使得接触线长度阶跃式增长到接近其下唇口的会发生接触的最大接触线长度(14mm)。该液体工作压力值(3.7~4.2MPa)对工程设计提供了依据。

货柜密封程序 篇5

一.本程序主要适用于公司仓库、装卸部门。

二.工作程序

1、为预防货物的遗失或者未被授权付运的物品的传入，工厂货仓部会按照货物收发管制程序和货物收发等程序去作为运作指引，确保运作过程的安全和符合运作要求。

2、装运区域的安全控制1)为预防货物的遗失或者未获授权或者未被付运的物品的传入，成品货柜的装运和收货的区域必须有清晰介定划分。并只能允许那些被明确识别在此区域内工作的雇员（货仓、收发货组及仓库管理人员）才能进入和操作。2)为了确保没有被授权或者被确认的人员无端接近付运和收货区域，货仓部会在显眼地方（货仓总部门口）张贴收发货程序/告示去告知有关之注意事项，以及在收发货区会安排有值班保安去检查和监测：非授权人士不能进入仓库区、收发货过程是否正常、车辆有无异常等。3)外来人员的货车和私家车需要按规定停靠在指定停车场，防止停靠近成品付运和货物储存区域；当需要进行收发货时，按照指定区域和指引进行收发货。

4)在需要时，工厂将会考虑设立可操作功能（例如有监控和记录功能的）CCTV（中央监控电视系统）去监测、记录停靠在收发货区域、成品/货柜装运区域以及工业区内停放的货柜车、拖车的装载过程。

3、装运货柜/车辆的验证和密封措施控制1)装运来料货车在进入厂房时，需要经过大门保安的验证和登记，装货出厂的货车在出厂时，需要向大门保安提交《车辆/货物出闸纸》和打开车厢接受装载货物的核实检查。

2)车辆到厂后，货仓部负责引导车辆临时停泊，然后通知船务部核对司机和车辆的资料，船务部会发出Shipment Note通知货仓核对应装运之成品和做好装运准备。船务部根据船公司的Booking资料核对/验证司机和车辆的是否为授权装运货物之指定司机和车辆（一般会检查司机的黄薄和车辆号码等），确认无误后，通知货仓部准备装运成品/货物。3)车辆到厂后，通知船务部车辆已到厂，货仓负责装车，船务部监督。为了预防没有被授权的人员或者物品进入货柜/拖车，在进行货物装卸时，都会有货仓部装运组专责人员现场监察装运情况（如记录/核实装运时间、点数、指点装运方式等）。在装运成品时，还会根据客户不同的要求对装卸过程和货柜情况进行拍照等。在装卸过程中，无关人等一律不准在旁观看及进行有关操作。

4)在装货前要清扫干净，车辆保持干爽。如果有漏水的地方要修补好，若发现有铁钉突出、生锈、漏水或其它外来物质等，应即时处理，不能处理时通知上司处理。5)在进行装货时，应按照客要求（如应按照Carton No顺序进行装柜），并且须留意Carton No顺序是否混乱、漏写或漏贴；是否漏贴客户的Label或bar Code），DateCode是否打反、打重复、漏写、漏打、模糊不清、打错；成品外箱是否有油漆、胶水、墨汁、泥尘、人为脚印、烂孔、变形、打折、被涂写、湿过水、漏封胶纸、明显的胶纸头、封箱后裂开、暴露出箱内货物、箱唛上贴有不必要的贴纸、箱唛印错位、漏印、脱落、贴唛不平整等情况。

6)若发现有上述情况不能入柜，应立即通知上司，上司得到通知后，在最短的时间内解决，必须保证产品质量并知会当值看柜QC人员，必须注意在装一种货时，其中是否渗有另外一种货或几种货，每人必须认识、熟悉装某一种货的外箱箱唛、形状，必须保证装一种货属同一编号、名称、国家等，各理货员亦应特别注意此问题，各装货人员应留意装每种货时，每箱货的重量（可以衡量），若发现或怀疑漏装的情况，不能入柜。必须通知其上司，由上司和当值看柜QC人员、理货负责人、工场负责人共同解决，并通知货仓主管。

7)在装柜过程中，正常情况下在货柜装至1/2时照一张相，在装满柜时照一张相，这些相片须保存1个月。如果客户有特别要求，则按客户要求执行。8)为了货物安全，所有的拖车/货柜都有立体围墙式的构造和处于良好状态，货仓运输组人员在进行装卸作业前必须要确保拖车/货柜符合此要求。9)拖车/货柜在完成装卸后需要适当地密封和/或上锁，以便在启程前后不会被非法干预。10)完成装柜后，关门锁上（并贴封条，如果有需要）并记录在付运文件Shipment Note上和保存)密封号码之录，以及在到达目的地时需进行验证。封条需要保存至上锁过关待海关查车，需要时才能打开，查柜后，封条作废，司机到达船公司后重新申请上锁交柜，以预防非授权的接近。11)为了确保货物的完整和安全（空/满）货柜必须上锁和必须有司机在车上驻守监测，以及在装运货物上车前，必须先做检查，然后才能进行货物装卸，以预防未授权的进入；偷窃或者不属于载货清单或者未授权的物品的进入。12)装运来料和成品出货的货车或货柜车在进入厂房时，需要经过验证和登记。在出厂时，普通货车需要向大门保安提交《车辆出闸纸》和打开车厢接受装载货物检查。货柜车则需要向大门保安提交《车辆出闸纸》和查验货柜车厢的密封条（有否贴牢固）。13)当货柜/货车进入厂房后，货仓工作人员负责引导货柜/货车进入指定装卸位准备装卸货；如果尚未轮到安排装卸货的，则会安排于临时停泊位等候。14)货柜/货车在等候/装卸货期间，都会有货仓运输组人员负责监察货柜/货车的行踪，未获货仓运输组人员批准，货柜/货车一律不能停靠近装卸货位，以防止出现装错货等误差。

用于密封药瓶的轻松吸管 篇6

关键词：密封药瓶；吸管；实施方式

一.背景简介

人们在服用液体药液时，通常是通过吸管从密封药瓶内吸食，在吸食过程中，由于密封药瓶内产生负压，病人需要使用相对较大的力气才能将药液吸出。因此我们要解决的技术问题是能够提供一种用于密封药瓶的轻松吸管，能够在吸食药液时避免密封药瓶内产生负压，将药液轻松地从密封药瓶内吸出。

二.吸管内容

为了实现上述目的，本吸管所采取的技术方案是：一种用于密封药瓶的轻松吸管，包括吸管主体，吸管主体的前端呈斜尖形，吸管主体的后端平齐，所述吸管主体包括相互并列设置的导液管和气压平衡管，所述气压平衡管上设置有通气装置。作为一种优选技术方案，所述通气装置为设置在气压平衡管侧壁上的气孔，气压平衡管的后端封閉，所述气孔设置在所述气压平衡管后端1/5～1/6处，所述通气装置为连通至所述气压平衡管后端的支气管，支气管末端向斜向下方向进行延伸，所述导液管的后端高于所述气压平衡管的后端，所述导液管的内径与所述气压平衡管的内径相等，采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型通过气压平衡管和通气装置，能够在吸食药液时避免密封药瓶内产生负压，将药液轻松地从密封药瓶内吸出。

三.具体实施方式

参看附图1和2，本吸管一个具体实施方式的结构中吸管主体，吸管主体的前端呈斜尖形，吸管主体的后端平齐，吸管主体包括相互并列设置的导液管1和气压平衡管2，气压平衡管2上设置有通气装置，导液管1的内径与所述气压平衡管2的内径相等。单独参看图1的第一种具体实施方式，通气装置为设置在气压平衡管2侧壁上的气孔3，气压平衡管2的后端封闭，气孔3设置在所述气压平衡管2后端1/6处。单独参看图2的第二种具体实施方式，通气装置为连通至所述气压平衡管2后端的支气管4，支气管4末端向斜向下方向进行延伸，导液管1的后端高于所述气压平衡管2的后端。

本吸管的工作原理是：将吸管主体穿过密封药瓶的瓶塞并插到密封药瓶的瓶底，吸食药液时，密封药瓶内压强变低，气压平衡管2通过通气装置将密封药瓶内部和外界环境相连通，用来平衡密封药瓶内的气压，使吸食药液更为轻松。其中，第一种具体实施方式的通气装置为气孔3，整体结构较为简洁，但是使用者需要注意不要将气孔3含入口腔。第二种具体实施方式的通气装置为支气管4，结构略显复杂，但是能够避免使用者口腔影响支气管4的通气效果。其中上述描述仅作为本实用新型可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

四.附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本吸管作进一步详细的说明。

图1是本实用新型第一种具体实施方式的剖视图。

图2是本实用新型第二种具体实施方式的剖视图。

图中：1、导液管 2、气压平衡管 3、气孔 4、支气管。

五.应用前景

密封件密封 篇7

三偏心金属硬密封蝶阀的密封面是斜锥面, 阀体密封圈 (图1) 与蝶板组合件密封圈 (图2) 的接触为面接触, 其工作原理是靠驱动装置扭力直接带动蝶板组合件, 使蝶板组合件密封圈与阀体密封圈充分接触后产生弹性变形而密封。三偏心金属硬密封蝶阀作为一种高性能阀门, 具有耐腐蚀性好、密封可靠、开启力矩小等优点。三偏心硬密封电动蝶阀DN1200, 其中阀体密封圈材料为1Cr18Ni9Ti, 蝶板组合件密封圈材料为复合的不锈钢板与石棉板夹层组合件, 阀体密封圈与蝶板组合件密封圈的加工质量直接决定蝶阀密封性能。

2 加工工艺

从三偏心金属硬密封蝶阀的结构特点分析, 蝶板组合件密封圈为不锈钢板与石棉板的组合件, 阀体密封圈为硬质合金, 硬度很高, 进刀量很难控制, 不易一次加工成型, 而且加工面的粗糙度要求很高。为保证加工要求, 工艺过程为阀体或蝶板组合件粗加工—阀体密封圈堆焊硬质合金—保温12h—热处理消除热应力—上工装粗车密封面—上工装精车密封面—上磨头磨削密封面—阀体与蝶板组合件合镗轴孔—强度试验—密封试验。

3 加工工装

蝶板组合件密封圈与阀体密封圈密封面 (加工面) 均为斜锥面。阀体密封圈的锥体中心线与空间垂线夹角为8°, 蝶板组合件密封圈的锥体中心线与空间垂线夹角为8°, 为此设计阀体密封圈加工工装 (图3) 与蝶板组合件密封圈加工工装 (图4) 。

4 阀体密封圈加工

阀体起密封作为的为密封圈, 焊接在阀体内 (图5) 。在2.5m立车上将组焊好的阀体装夹在阀体密封圈加工工装上, 将立车刀杆旋转8°, 根据图纸设计要求, 找正后沿圆锥母线方向走刀, 车至未焊不锈钢前的尺寸。然后堆焊不锈钢, 最后将焊好不锈钢的阀体重新上立车, 按上述方法车阀体密封圈至图纸要求尺寸。最后在立车刀架上装磨头, 对阀体密封圈进行磨削处理, 使其达到图纸设计粗糙度要求。

5 蝶板组合件密封圈加工

蝶板组合件起密封作用的零件是密封圈, 密封圈为斜锥结构, 其锥顶角为16°, 厚度为13.5mm, 由5层石棉板及4层不锈钢板复合而成 (图6) 。密封圈必须与蝶板和压环等组装在一起, 加工时才能防止密封圈夹层中的不锈钢板及石棉板翘曲变形。根据其结构特点, 对蝶板组合件密封圈采用以下加工方法: (1) 先在2.5m立车上分别把蝶板和压环上的各止口加工到图纸要求尺寸, 外圆不加工; (2) 按图纸要求对压环钻孔, 蝶板钻孔攻丝; (3) 压环、密封圈和蝶板按图纸装配, 将蝶板组合件工装用螺栓紧固在阀体工装上, 然后再将蝶板组合件装夹其上。立车刀杆旋转8°车压环、密封圈和蝶板至磨削尺寸;⑷用同样厚度钢板替下密封圈, 车压环、蝶板各锥面至图纸尺寸;⑸工装不动, 将压环、密封圈、蝶板重新按要求组装, 然后在立车刀架上装磨头, 对密封圈进行磨削处理, 使其达到图纸设计粗糙度要求。

6 阀杆轴孔加工

将蝶板组合件放入阀体内, 调整好蝶板组合件与阀体的相对位置后, 倒入皂化液, 5分钟之内无渗漏, 将蝶板组合件压紧, 合镗阀体与蝶板的轴孔。

采用此工艺方法加工阀体密封圈与蝶板组合件密封圈, 便于操作, 工作效率高, 能够很好的保证密封面的几何精度, 其强度试验及密封试验均达了设计要求, 具有良好的实用价值及推广价值。

参考文献

[1]陆培文.实用阀门设计手册.北京:机械工业出版社.2002.9.

密封件密封 篇8

流体密封技术是保证机械设备正常运转、衡量机械设备可靠性的重要手段。因此,研究流体密封机理,探索新的实用型流体密封技术,提高机器设备密封的可靠性,不仅具有重要的理论和实际意义,还有重要的经济价值。

螺旋密封是一种非接触型流体动密封,它是近几十年发展起来的一种新型转轴密封结构。由于螺旋结构和轴套之间存在间隙,两者之间永远不会发生摩擦接触,可以在较高转速下使用且工作寿命很长[1]。但是在气体条件下,因气体粘度小,密封效果差。此外,考虑停车时的密封,气体螺旋密封往往还需要用填料密封进一步保证有效密封。在正常运行时,填料密封还在起作用,所以实际气体螺旋密封的问题是螺旋密封本身泄漏和填料密封泄漏问题的相加。在传统的螺旋密封理论文献和进一步的研究中[2-7]往往忽略了填料密封及其泄漏的因素,所以与实际情况有一定差距。

多孔介质概念用于研究填料密封问题时,主要参数是渗透率,其定义为单位压力梯度,单位动力粘度系数下的流体在介质中的渗透速度。渗透率是多孔介质本身的属性,需通过试验测定。本研究利用多孔介质概念来类比填料密封泄漏的机理,建立相应的计算模型,对填料密封和螺旋密封共同作用下的气体密封问题进行数值模拟。

1螺旋密封结构

螺旋密封是一种利用流体动压反输的径向非接触型转轴密封。典型的螺旋密封结构[8]如图1 所示。

本研究采用气体密封,为获得满意的密封效果,在图1 的右端添加填料密封,使填料填满整个腔体。本研究所采用的添加填料密封的具体结构如图2 所示。

添加填料腔体具体结构尺寸如下:

螺旋总长L = 100 mm,螺旋外径d = 120. 5 mm,槽深h = 0. 375 mm,螺旋角 α = 2. 5°,槽宽a = 2 mm,头数i = 4,齿宽b = 2 mm,间隙c = 0. 025 mm。

填充填料的腔体: 内径D1= 95 mm,外径D2=121 mm,长度l = 50 mm。

2网格处理

本研究用Gridgen建立计算网格。螺旋结构的网格较难处理,尤其在螺旋线的两个端点上,因为相切最后边界会形成一个角,若采用六面体网格来划分的话,相邻网格的角度大,正交性差,且大大增加了网格数量,这样处理的网格质量不高,计算时间长,收敛慢,且会降低计算精度。若全部采用非结构网格来处理,虽然网格生成简单了,但计算量大、计算稳定性不够,收敛慢,计算结果可能有偏差。因此,本研究采用混合网格来处理,边界角处采用如图3 所示的非结构网格来划分,而其他地方采用结构网格来处理。这样降低了网格划分的难度,减少了网格数量,缩短了计算时间,加快了收敛速度,也满足了计算精度的要求。放置填料的腔体,结构规整,适合生成六面体网格。

因为间隙小,若间隙内网格层数少,难以真实反映边界层内的情况; 若层数多,则会增加网格数量,所需计算资源大大增加。经过反复试验,间隙内5 个控制点比较合适,因为间隙比较小,采用平均分布。一条螺旋线上的网格生成如图4 所示,最终全部网格数量为265 088 个,通过Gridgen网格检查,没有负网格的产生,网格质量较高。

3计算

螺旋密封及填料密封介质是气体,因此它的控制方程是纳维- 斯托克斯( N - S) 方程。N - S通用表达式[9]如下:

式中: ρ—流体密度; t—作用时间; 第一项—瞬态相; 第二项—对流相; 第三项—扩散相; 最后一项—源项;Φ—通用变量,包括速度分量u、v、w、温度T等变量;Г—广义扩散系数; S—广义源项。

具体到各个方程,通用式中各个符号意义如表1所示。

注: xi为x,y或z。

湍流模型SST( Shear Stress Transport) 基于k - ω方程发展而来,该方程考虑了湍流剪切力的传输,综合了k - ω 模型在近壁区计算的优点和k - ε 模型在远场计算的优点,可以准确预测流体的分离特性,特别适合高精度边界层的模拟。本研究中螺旋结构与壁面之间的间隙比较小,对近壁面内的模拟要求高,所以采用SST模型来计算。SST的k方程和原始的k - ω 方程中的k方程一样,而 ω 方程如下[10-11]:

其中,默认常数一般设为: σω，1= 2. 0,σω，2=1 /0. 856,β = 0. 083。

多孔介质渗透率计算公式[12]为:

式中: μ—动力粘度,l—渗透距离,ΔP—压力降,v—渗透速度。

多孔介质条件下对流—扩散方程变为:

式中: γ—孔隙率,K—面积孔隙率张量。

流体一般的动量方程为:

式中: SiM—动量源项。

SiM可以由下式得到:

式中: CR1—线性阻力系数,CR2—二次阻力系数,Sispec—包含其他动量源项,U—表观速度。

多孔介质达西定律通用表达式为:

式中: μ—动力粘度,Kperm—渗透率,Kloss—经验损失系数。

比较式( 6) 和式( 7) ,得:

以上就是多孔介质模型计算的基础。本研究的数值计算使用CFD的通用软件“CFX13. 0”,采用稳态模拟。在差分格式中,笔者选用高阶求解( High Resolu-tion) ,模拟的介质选用25 ℃ 空气,暂不考虑热量传输。在边界条件设置中,螺纹与壁面间隙设置为旋转域,转速为1 450 rev /min,两端压差50 000 Pa,多孔介质区域只考虑同向性,壁面采用无滑移壁面。

4计算结果分析

本研究对图1、图2 所示参数的螺旋密封算例进行数值计算时,设定设计泄漏量为进口流量的1% ,通过对填料密封的渗透率经过不断的调整,得到填料密封渗透率Kperm= 7. 4 × 10- 13m2。填料内部的压力分布图如图5 所示,螺旋结构和壁面之间的压力分布图如图6 所示,局部间隙的速度矢量图和出口处的速度矢量图如图7、图8 所示。

从图5、图6 中可以明显看出,经过螺旋密封和填料密封,压力迅速降低,达到降压的目的。

从图7、图8 中可以看出,出口处的速度几乎为0,泄漏量微乎其微,起到了明显的密封作用,验证了填料密封配合螺旋密封良好的密封效果。

螺旋角 α、间隙c、槽深h等对螺旋密封都有影响。笔者在上述工况条件下,设定泄漏量为进口流量的1% 不变,分别对角度 α 和槽深间隙比n对填料密封渗透率的具体取值进行了计算。槽深间隙比n的定义为n = h /c。间隙c = 0. 025 mm时,相对应的角度 α 和槽深间隙比n在上述条件下对填料密封渗透率的具体取值如表2 所示。

表2 数据说明,在不同的结构下,螺旋密封和填料密封在整个密封过程中起到的重要程度不同。渗透率大说明对填料密封的要求低,螺旋密封起主要作用; 渗透率小说明对填料密封要求高,这时填料密封起主要密封作用。比如当螺旋角为2. 5°,槽深间隙比为3时,渗透率为13. 7 × 10- 13m2,这时渗透率比较大,螺旋密封起主要作用,填料密封起辅助作用。本研究对表2 的取值进行了二次拟合,得到的渗透率和角度、槽深间隙比的关系如图9 所示。

从表2、图9 中可以看出,在一定压力下,填料密封的渗透率随槽深间隙比n的增大而减小,且随着n的变大,渗透率变化越来越小,当n超过一定的值时,渗透率基本没有变化,成明显的反比例关系,说明槽深的增加会使泄漏量增加,降低了可密封压力,从而需要更小的渗透率,当超过一定的n时,螺旋密封作用降低,填料密封起主要作用。从表2、图9 中也可以看出,在槽深间隙比一定的情况下,随着角度的慢慢变大渗透率逐渐减小,当角度大到一定程度时,出现了类似槽深一样的情况,成反比例关系。如n = 80,随着角度的变化,渗透率变化很小。

当槽深h = 2 mm,角度 α = 2. 5°时,间隙c对填料密封渗透率的影响如表3 所示。对表3 的取值,进行拟合后,得到的渗透率和间隙的关系如图10 所示。

从图10、表3 中可以看出,间隙对填料密封的渗透率有着显著的影响。间隙减小,渗透率就随之增加。说明间隙的减小可以减小泄漏量,间隙越小泄漏量就越小,渗透率就可以随之变大,而不影响密封效果。

5结束语

( 1) 本研究为填料密封作用下的螺旋密封设计提出了一种新型的密封分析方法,为填料密封作用下的螺旋密封设计提供了一定的理论基础。

( 2) 在给定密封泄漏率条件下,填料密封渗透率和螺旋结构存在紧密的联系,渗透率分别随着角度、间隙及间隙槽深比的增大而减小,成反比例关系。当角度、间隙及间隙槽深比增大到一定范围时,螺旋密封效果大大降低,这时填料密封在整个密封装置中起主要的密封作用。

密封件密封 篇9

金属自紧式密封环的径向截面通常设计成小而且有弹性, 如C形, U形, V形, E形, W形等。其中开口方向朝向高压端。在高温、高压等极端环境下, 这些密封形式相对于传统的橡胶O形密封环具有无可比拟的优势, 因而被广泛应用于火箭、飞机、汽车发动机上。

粗糙表面的接触模型一直是摩擦学研究的重要课题之一。自Hertz发表其弹性接触模型以来, 基于此模型, 很多考虑粗糙度的微观弹塑性模型得以提出。较有代表性的有Greenwood等[1]提出的GW模型, ABBOTT等[2]和PULLEN等[3]先后提出的粗糙表面塑性接触模型, CHANG等[4]建立的CEB模型。CEB模型预测结果与POWIERZE等[5]的试验结果刚好相反, 也与人们的直觉观察即弹性变形具有更大的接触刚度相违背。为了弥补CEB模型的上述缺陷, ZHAO等[6]提出了包含弹性、弹塑性和塑性三种变形状态的表面接触模型, 赵永武等[7]提出了粗糙表面的接触载荷、平均分离和实际接触面积之间的数学关系式。

粗糙表面的微观接触模型的应用大部分局限于两个名义平面之间的接触。针对曲面与平面接触问题, Lo[8]将GW模型应用于平行圆柱体的接触问题。ANDREAS等[9]延续Lo的计算, 将CEB模型应用于自紧式金属密封圈的接触问题。

1 接触模型

1.1 基本模型

当两个名义平面或者一个名义平面和一个曲面接触时, 两粗糙表面的接触可以等效为一个粗糙表面和一个光滑表面的接触模型[10]。等效的杨氏模量可由下式计算:

其中, 和分别为上下表面的杨氏模量, 和分别为上下表面的泊松比。

模型的示意图如图1所示。为表面微凸体的法向变形量

本地接触压力由下式给出[7]:

其中三个积分分别对应两个粗糙表面的弹性接触压力、弹塑性接触压力和塑性接触压力;为表面微凸体高度的概率密度函数, 假定为高斯分布;为表面微凸体法向变形量;为弹性形变向弹塑性形变转化的临界值, 为弹塑性形变向完全塑性形变转化的临界值, 分别由下式确定:

分离高度d并不是一个常数, 由图1可得:

在最终形变位置, 本地分离高度可以由上式获得, 其中为变形后的接触曲面的曲率半径, 假定为在接触点邻近区域为定值。

将参考平面由表面微凸体平均高度线改为表面平均高度线, 针对两平面的参数存在如下关系[11]:

其中两参考平面之间的距离为。相对于表面微凸体平均高度线的粗糙表面高度分布的标准差和表面距离为和, 而相对于后者的标准差和表面高度为和。

1.2 无量纲化

利用表面高度标准差将长度单位无量纲化, 并将表面平均高度线作为参考平面, 等式 (5) 变为:

其中是的无量纲形式, 由下式给出:

同样的, 将等式 (1) 、 (2) 和 (3) 及相关量无量纲化得到:

1.3 接触线宽度计算

由于接触线宽度2C是有限的, 需要对接触压力做如下近似:

由下式确定:

将上式积分, 并无量纲化可得:

2 模拟参数与结果

经过上述论述, 如果给定无量纲的分离高度, 无量纲载荷即可计算。为使结果具有广泛的应用价值, 取如表1所示的材料参数进行计算。法兰材料一般与密封环硬度相同或者稍硬, 因此取如下参数:

模拟结果如图2所示。

3 结论

由曲线可知, 随载荷增加, 分离高度逐渐减小。在材料塑性指数ψ<3时, 随ψ的增大而减小。这是由于随塑性指数的增大, 材料更容易发生塑性变形。在接触载荷作用下, 表面微凸体发生塑性变形的比例增大。由于塑性变形下的刚度小于弹性变形, 因此分离高度变小。而当ψ>3时, 和材料的塑性指数无关。这是因为在大塑性指数条件下, 表面微凸体主要发生塑性变形所致。

摘要：本文对比选取弹塑性接触模型, 利用表面形貌的微观结构建立本地接触表达式, 通过在径向截面内对接触力简化、积分得到弯曲面与平面的接触压力表达式。选取有效的材料参数利用MATLAB软件计算出在不同的材料参数下接触间隙与工作压力的曲线关系, 并对结果进行了分析。

密封件密封 篇10

现代车用发动机不断追求更高的动力性、经济性及排放性能,对发动机零部件可靠性要求更高。密封系统是现代高性能发动机的重要子系统,密封系统的可靠性直接影响着发动机的运行状况,气缸密封垫是密封系统中最重要的零部件。气缸密封垫不同于其他一般的密封垫,其结构复杂、接触介质多样、环境温度变化频繁等,属于动态工况下的静密封。目前国内对气缸密封垫的研究,尤其是对气缸密封垫上压纹结构的研究较少。本文利用有限元分析软件对某款发动机气缸密封垫进行了建模和计算,分析了气缸密封垫上的压力分布、关键部位的变形以及压纹结构对密封性能的影响。

1 车用发动机气缸密封垫

气缸密封垫安装在机体与缸盖之间,其结构复杂,工作环境恶劣。气缸密封垫除了密封燃烧室、冷却液及润滑油通道,防止漏气、漏水和漏油之外,还用于传递机体与缸盖之间的作用力,密封垫上冷却液与润滑油孔道的布置对整机的冷却与润滑性能有很大影响,所以在设计过程中要充分考虑气缸密封垫与整机的匹配。

车用发动机密封垫主要由功能层、挡板层和附加层构成,如图1所示。挡板层上的挡板起到第一级密封功能,功能层上的压纹结构起到第二级密封功能。压纹结构又可分为全压纹和半压纹,全压纹主要布置在缸口周围,半压纹则布置在其他通道口周围[1]。

2 模型建立

2.1 实体模型

以企业实际产品的二维平面图为基础,采用CATIA软件建立实体模型。模型参数如表1所示,压纹结构与实体模型如图2所示。该气缸密封垫用于一款集成化程度较高的汽油机,由1片挡板层和2片功能层构成,其中挡板层采用焊接式挡板结构,功能层上冲压一定高度的全压纹和半压纹来保证缸口和其他通道口的密封。每层垫片的厚度为0.25 mm,氟橡胶涂层仅为0.08 mm,建模过程中忽略氟橡胶涂层。

气缸密封垫上压纹结构受压变形后产生的等效应力[2]:

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式中,E为材料的弹性模量;K为材料的体积模量;γ为材料的泊松比;ΔS为压纹变形后面积增量;Δx为压纹变形后长度增量;F为压纹等效变形力;l为压纹在垂直方向上的等效长度;p为压纹垂直方向上的等效应力。

2.2 结构离散化

将装配好的实体模型导入到有限元前处理软件中,进行结构离散化,为了建模和有限元分析方便,垫片被简化成等厚度模型,并忽略垫片上的4个铆钉孔,用Rbe2刚性连接单元代替铆钉,等效固定连接[3],这种处理方式不会对结果造成误差。对模型进行几何清理之后,抽取中面,对中面划分三角形网格,然后进行拉伸处理,生成体单元模型。挡板层上的挡板结构设置为焊接单元Welds,对应节点刚性连接,如图3所示。

对单元类型进行定义,选择SOLID92单元[4],在前处理软件中建立挡板层和功能层的材料模型mid-steel和steel,在设定边界条件时确定其具体数值。

2.3 边界条件设定

在预紧工况下,针对3层组合垫片结构与接触压力进行分析,需要建立以下边界条件:材料边界条件、载荷边界条件、位移(约束)边界条件以及接触边界条件。其中,垫片之间接触是定义边界条件的难点。

2.3.1 材料边界条件

根据企业产品的用材,气缸密封垫挡板层为0Cr18Ni9钢,上下功能层为带有氟橡胶涂层的1Cr17Ni8钢,钢板材料性能如表2所示。

2.3.2 载荷边界条件

在预紧工况下,气缸密封垫主要承受螺栓预紧力以及缸盖重力。缸盖材料为铝合金,重量约为20 kg,同螺栓预紧力F相比可以忽略不计。螺栓预紧力通过缸盖下表面作用在气缸密封垫上,把预紧力等效成作用在压纹平面上的面载荷。

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式中,M为紧固螺栓扭矩;d为螺栓直径;k为螺栓预紧力系数,取0.2[5]。

根据与气缸密封垫配套的主机厂提供的数据,计算得到F=336 kN。

2.3.3 约束边界条件

假设密封垫与缸体的接触面位移为零,即在密封垫下表面添加位移约束z=0。由多层薄垫片组合而成的气缸垫,若每层都施加位移边界条件,将会导致过约束,而使计算不能收敛。本文通过在各层之间设置接触边界条件,既可以有效传递各层之间的载荷,又可以克服过约束的问题。

2.3.4 接触边界条件

组成气缸密封垫的各层垫片之间相互接触,构成几何结构上的非线性,采用接触算法可以简化模型位移条件的施加。根据接触压力在气缸密封垫上的分布,找出接触压力最小的区域,即最有可能发生泄漏的密封区域。对于这种面面接触分析,通常采用增广型拉格朗日法,其最大优点是在拉格朗日法所得总势能基础上,再增加一个惩罚强迫项,使其满足一个特定的关键约束,既吸收了罚函数法和拉格朗日法的优点,又不增加系统求解规模。

增强型拉格朗日法计算公式为:

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Ma+fint-fext+GTλ+PCd=0 (6)

Gυ≤0 (7)

式中,λ为拉格朗日乘子;α为罚函数项;γN为接触渗透率;Γc为接触面积;G为剪切模量;υ为接触面间速度场;GTλ为接触压力;PC 为接触刚度;PCd为惩罚接触力;Ma、fint和fext分别代表惯性力、内力和外力[6]。

方程(5)为设置的接触区域方程,可以等效成方程(6)和(7);方程(6)是接触有限元计算的控制方程;不等式(7)为两个接触面之间的约束边界条件。

当3层铆接到一起,各垫片之间无相对滑动,摩擦系数为无限大,定义为粗糙接触。为了最大程度上减少接触表面的侵入量,在计算收敛的情况下,尽可能增大罚刚度。应用自动时间步长,使时间步长小到足够保证收敛和描述适当的接触。按照一定的次序定义接触对,通过控制接触参数节省计算时间,并取得精确的数值解。

3 有限元计算结果分析

在上述边界条件和载荷共同作用下,通过有限元计算[3],得到了预紧状态下气缸密封垫上压力分布以及结构变形情况。

3.1 气缸垫应变和应力分布

根据第四强度理论,采用Von.Mises应力作为材料发生屈服破坏的判断准则,分析气缸密封垫应力集中和密封性能。

从气缸垫的Von.Mises应力(MPa)等值线(图4)可以看出,压力主要分布在气缸缸口、螺栓孔以及冷却液润滑油通道周围的压纹面上。在缸口周围的全压纹和螺栓孔周围的半压纹上出现局部应力集中,应力集中的位置极易出现疲劳损坏。由应力等值线图可以看出,应力分布同实际情况基本吻合,在气缸口周围出现应力最大值,为60.37 MPa。由于在施加约束边界条件时把下层垫片底面的位移设置为0,影响到下层垫片的变形,实际在气缸密封垫的装配过程中,下层垫片和缸体都存在一定的变形,所以实际的应力要大于计算值。

图5为气缸垫整体单元应变等值线图。由图5可知,变形主要出现在缸口、螺栓孔及冷却液润滑油道周围的压纹面上。两缸之间的变形量较大,最大变形量约为0.091 mm,与压纹高度的0.25 mm相比,压纹并没有完全被压平,仍具有良好的恢复特性,能够起到良好的密封作用。

3.2 压纹结构

全压纹和半压纹是气缸密封垫上最主要的密封结构,也是最容易出现损坏的部位。图6是缸垫结构上压纹层整体作用力的分布情况。

从中可看出全压纹和半压纹受到多个方向的力作用,根据作用力与反作用力的原理,同时会产生相反力作用到缸盖和缸体上,起到密封作用。如图7所示。全压纹截面上的作用力明显大于半压纹截面的作用力,因而全压纹布置在对密封要求更为严格的缸口周围。

3.3 试验验证

根据主机厂要求,对该款气缸密封垫在面压试验台上进行面压试验,试验装置及试验工具主要有:面压试验台、发动机、气缸垫、TOHNICHI“东日”扭矩扳手、FUJI感压纸、FPD-9210面压扫描仪,如图8所示。

按照内燃机气缸密封垫片技术条件的要求[7],装配气缸密封垫和FUJI感压纸并进行试验。然后通过扫描仪扫描拆下的FUJI感压纸,得到气缸密封垫的面压分布及最大面压值,如图9所示。试验气缸密封垫上的压力分布规律与有限元计算得到的压力分布规律基本吻合,最大面压值集中在缸口附近的全压纹上,其最大试验值和有限元计算结果分别为63.80 MPa和60.37 MPa,通过对比分析,有限元分析结果与仿真计算结果基本相符,证实了仿真计算的准确性,即可起到良好的密封效果。综上可知,气缸密封垫能够满足配套机型的密封要求。密封垫装配到发动机上后,经过发动机耐久性试验,未出现损坏现象。

4 结论

(1) 通过对气缸密封垫进行数值模拟计算和结构优化设计,不仅可以缩短产品研发周期,提高产品性能,还可以节约原材料和提高产品质量。

(2) 通过模拟计算得到气缸密封垫整体及压纹结构上Mises等效应力云图,可知气缸密封垫上压力分布的不均匀性。模拟计算压力分布和实际试验结果基本吻合,验证了模拟计算的正确性。

(3) 通过单独对压纹结构的受力情况进行分析,根据作用力与反作用力之间的关系,进一步分析出压纹结构是如何实现对缸口及其他通道的密封。

参考文献

[1]Popielas F,Chen C,Obermaier S.CAE approach for multi-layer-steel cylinder head gaskets[C]//SAE 2000-01-1348,2000.

[2]晏辉,李卫民,张伟.接触问题有限元分析在发动机气缸垫上应用[J].辽宁工学院学报,2005,25(6):403-405.Yan H,Li W M,Zhang W.Finite element analysis of contactproblem and its application to cylinder gasket[J].Journal of Li-aoning Institute of Technology,2005,25(6):403-405.

[3]Graves S,Utley T L.Nonlinear finite element analysis of dieselengine cylinder head gasket joints[C]//SAE 932456,1993.

[4]Baldissera P,Deprete C,Rosso C.Numerical and experimentalanalysis of exhaust manifold gasket[C]//SAE 2006-01-1210,2006.

[5]李会勋,胡迎春,张建中.利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究[J].山东科技大学学报:自然科学版,2006,25(1):57-59.Li H X,Hu Y C,Zhang J Z.Study on simulating bolt preten-sion by using ANSYS[J].Journal of Shandong University ofScience and Technology:Natural Science,2006,25(1):57-59.

[6]Lee C C,Chiang K N,Chen W K.Design and analysis of gasketsealing of cylinder head under engine operation conditions[J].FiniteElements in Analysis and Design,2005,41:1160-1174.