Разработка манжетных уплотнительных устройств возвратно-поступательного действия при повышенном давлении рабочей среды

• Автор: Дяшкин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 201 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Современное состояние проблемы и задачи исследований

1.1. Современные уплотнительные устройства повышенного рабочего давления для приводов и агрегатов возвратно-поступательного действия
1.2. Предпосылки экспериментально-теоретических исследований уплотнительных устройств возвратно-поступательного действия
2. Технические решения по созданию пакетных уплотнительных устройств и их экспериментальное исследование
2.1. Схемно-конструктивные решения и сравнительное экспериментальное исследование новых уплотнительных устройств с М - образными манжетами высокого давления
2.2. Разработка нового направления в уплотнениях на повышенное давление рабочей среды
2.3. Стенды для экспериментального исследования уплотнительных устройств. Особенности методики экспериментальных исследований
2.4. Модификация резиновых уплотнителей. Определение модуля упругости нетрадиционных материалов для уплотнений
2.5. Сравнительное экспериментальное исследование уплотнений с серийными и - образными и новыми М - образными манжетами
3. Исследование пакетных манжетных уплотнительных устройств
3.1. Теоретические основы современного аналитического исследования уплотнительных устройств
3.2. Алгоритм расчёта напряжённо-деформированного состояния пакетных уплотнений с использованием конечных элементов
3.3. Интерпретация программы АИБУБ для исследования многокомпонентных уплотнительных устройств
3.4. Напряжённо-деформированное состояние уплотнений со стандарт-
ными и модифицированными манжетами
3.5. Аналитическое исследование многофункциональных уплотнений двустороннего действия с М - образными манжетами
3.6. Проблемы использования полимеров в уплотнениях. Силы трения
и давление среды
4. Эффективность новых уплотнительных устройств
Заключение
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Уплотнения, уплотнительные устройства и уплотнительная техника занимают особое место в машиностроении различного профиля. Наиболее распространёнными, подверженными возрастающему давлению рабочей среды и лимитирующими ресурс работы, надёжность, долговечность и износостойкость гидрофицированных машин и оборудования, являются уплотнительные устройства возвратно-поступательного действия.
К числу приводов и агрегатов, функционирующих на этом принципе действия, относятся: многочисленная гамма силовых гидроцилиндров; поршневые и плунжерные системы, в том числе насосы для разнообразной рабочей среды; встроенные конструкции на различный уровень давления, включая высокое и сверхвысокое (63 и более МПа), и т.п.
Высоким давлением и неординарной рабочей средой характеризуется, в частности, некоторое нефтегазовое оборудование для бурения и эксплуатации скважин на суше и на море [96, 101, 117]. Подобные условия функционирования предопределяют необходимость дублирования уплотнительных устройств и обеспечения их безусловной надёжности.
Некоторые серийно выпускаемые в России гидрофицированные машины и оборудование базируются на устаревшие приводы возвратно-поступательного действия, рассчитанные на рабочее давление до 16 МПа. К числу таких машин относятся тракторы и сельскохозяйственные машины. Эта отрасль отечественного машиностроения деградирует, в том числе из-за низкой надёжности гидравлических приводов и систем. Поступающие по импорту и выпускаемые в России по лицензиям тракторы и сельхозмашины имеют современное и надёжное гидрооборудование на рабочее давление 21...40 МПа.
Эффективность предлагаемых в настоящей работе уплотнительных устройств возвратно-поступательного действия проявляется, прежде всего, при повышенном давлении и разнообразии рабочих сред. Их внедрение позволит повы-

Конечно, первая попытка детального расчёта любой манжеты заслуживает положительной оценки. Но ныне уже известны и тиражируются инженерные (и образовательные) программы для расчёта сравнительно простых объектов, в число которых входят, как нам удалось доказать, и пакетные манжетные уплотнения сложной конфигурации на различные уровни давления.
При реализации программы не требуется вывод и решение громоздких уравнений — программа содержит соответствующий математический аппарат с набором необходимых уравнений на основе теории упругости и метода конечных элементов. Но, по-видимому, в то время (1996 год), когда готовилась цитируемая диссертация [48], подобных программ ещё не было.
Методы теории упругости и конечных элементов взаимозависимы, в них математический аппарат «пересекается». Но в каждой книге, посвящённой методу конечных элементов [18, 30, 47, 54, 70, 89, 116, 127 и др.] свои теоретические предпосылки и свои далёкие от реальности примеры решения задач. В частности, в [47] для тела вращения (осесимметричного тела) выделяются плоские треугольные элементы; перемещение элемента обычно выражается через деформации.
Считается, что в осесимметричной задаче - в общем случае - необходимо рассматривать четыре компоненты деформации — по осям координат г н г, при виртуальном вращении элемента относительно оси л (координата в), а также при пространственном вращении - одновременно относительно осей г ил (координата у). Тогда обобщённая запись деформаций может быть представлена следующим образом:
В дальнейшем в «автоматическом» режиме - при наличии соответствующей программы - пропускаются все элементы - их деформации и напряжения. Но конкретика будет зависеть от «набора» своих конечных элементов, наличия современных программ и формы вывода на печать результатов расчётов. Но-
ди/дг ди/дг и/г
ди/дг + ди/дг.
(1.6)