阀类产品O形圈装配变形分析与螺栓拧紧工艺研究及应用

发布时间：2020-06-01 15:40

【摘要】：负载敏感多路阀是工程机械、矿山机械、港口机械等行业液压系统的核心控制元件,其O形圈密封与螺纹连接装配质量的好坏直接影响多路阀产品密封可靠性。尽管国内在多路阀设计层面有相应的密封标准可循,但由于实际多路阀装配时没有科学的拧紧力设计方法,主要依靠试验,无法保证装配质量的一致性,导致多路阀在使用周期内发生密封失效,尤其是当内部处于高压工况时更易发生泄漏。因此,针对阀类装配中的O形圈密封性能进行研究,优化螺栓连接的各螺母装配工艺使得多路阀整体结构达到预期的密封效果,对多路阀拧紧质量与密封可靠性的提高具有重要意义。基于O形圈接触应力均匀分布假设,通过研究阀类产品O形圈装配密封结构力学分析问题的解耦策略,针对阀片与O形圈装配密封模型几何结构,提出了基于刚柔分治的阀类产品O形圈装配变形分析方法,将阀类密封结构拆解为相互独立的两部分:偏柔性(非线性)的扇区切分O形圈-阀片密封模型和偏刚性(线性)的阀片-螺栓装配体模型,利用O形圈-阀片接触信息进行两个模型之间相互作用的传递。提出了一种基于扇区切分的O形圈密封三维有限元模型的建立方法,考虑O形圈两边相邻阀片密封端面之间不发生接触的最大流体压力工况,结合阀类零件O形圈沟槽和O形圈的同心轴对称结构,对O形圈整体模型进行扇区切分获取O形圈密封三维分析模型;通过面积加权求解O形圈整圈的接触压力,获得了 O形圈-阀片接触信息,为后续阀片-螺栓-O形圈变形量公式的建立提供了必要条件。提出了一种面向最优预紧力分配的阀片-螺栓装配体模型构建方法,使用等效均匀压强载荷代替O形圈对阀类产品的接触压力,通过调整装配体模型中不同螺栓的预紧力,可使得装配体模型中的O形圈接触应力在圆周方向上实现均匀分布。提出了一种基于变形协调的阀类产品螺栓拧紧工艺规划方法。通过详细分析阀类密封结构的受力变形,提出了阀片-螺栓-O形圈变形协调公式和两个变形协调修正系数及其计算方法,实现了扇区切分O形圈密封模型和阀片-螺栓装配体模型中的变形协调。结合接触压强峰值-O形圈变形率关系拟合与变形率变动范围,获得最大内部流体压强下满足密封条件的最小O形圈变形率,并通过扇区切分O形圈密封模型得到此变形率下的O形圈与阀片接触信息,代入阀片-螺栓-O形圈变形公式得到各螺栓平均预拉伸长度。根据阀片上表面与螺栓接触区域的相对位移值、各螺栓的拉紧力以及各螺栓的平均拧紧长度,求解各螺栓拧紧转角值,实现了阀片与O形圈接触区域变形均匀目标下的螺栓拧紧工艺规划。以某型号片式负载敏感多路阀的拧紧装配为例,将本文提出的阀类产品O形圈密封装配模型构建与变形协调方法应用于多路阀的拧紧装配工艺规划中,通过调整预紧力的分配,最终使得O形圈与阀片接触面节点Z方向位移最大最小值的差值从0.1416mm降到了 0.0435mm,改善了 O形圈接触应力分布的均匀度;最后根据螺栓拉紧力计算各螺栓预拉伸长度,确定了多路阀螺栓螺母拧紧转角的较优取值,为多路阀螺栓拧紧工艺的制定提供科学依据。
【图文】：

第１章绪论逡逑１．１研究背景及意义逡逑负载敏感多路阀（如图１－１所示）是工程机械、矿山机械、港口机械等行业液压系逡逑统的核心控制元件，其作用是控制液压管路的通断［１］。片式多路阀由螺纹连接串联装配，逡逑其阀片多达８？１２片，在多路阀使用周期内发生的片间泄漏甚至喷油５０％以上由螺纹连逡逑接失效导致［２］。螺纹连接装配质量的好坏直接影响多路阀产品的可靠性［３］，然而由于多逡逑路阀工作时内部处于高压工况，尽管在设计层面有相应的密封标准可循，泄漏问题依然逡逑难以得到完全的控制。液压阀工作时内部油压很高，一般使用０形圈来实现密封［４］［５］。逡逑图１－２为常用的丁腈橡胶Ｏ形密封圈。逡逑＿栜逡逑图１－１某片式负载敏感多路阀实物图逦图１－２邋丁腈橡胶Ｏ形圈逡逑０形圈在油压作用下变形，与被密封表面的接触压力增大，使其具有自密封特性，逡逑特别适合油压变动频率较高的液压阀密封［６］。图１－３为某型号片式负载敏感多路阀Ｏ形逡逑圈密封装配图：逡逑图１－３片式负载敏感多路阀０形圈密封装配图逡逑１逡逑

第１章绪论逡逑１．１研究背景及意义逡逑负载敏感多路阀（如图１－１所示）是工程机械、矿山机械、港口机械等行业液压系逡逑统的核心控制元件，其作用是控制液压管路的通断［１］。片式多路阀由螺纹连接串联装配，逡逑其阀片多达８？１２片，在多路阀使用周期内发生的片间泄漏甚至喷油５０％以上由螺纹连逡逑接失效导致［２］。螺纹连接装配质量的好坏直接影响多路阀产品的可靠性［３］，然而由于多逡逑路阀工作时内部处于高压工况，尽管在设计层面有相应的密封标准可循，泄漏问题依然逡逑难以得到完全的控制。液压阀工作时内部油压很高，，一般使用０形圈来实现密封［４］［５］。逡逑图１－２为常用的丁腈橡胶Ｏ形密封圈。逡逑＿栜逡逑图１－１某片式负载敏感多路阀实物图逦图１－２邋丁腈橡胶Ｏ形圈逡逑０形圈在油压作用下变形，与被密封表面的接触压力增大，使其具有自密封特性，逡逑特别适合油压变动频率较高的液压阀密封［６］。图１－３为某型号片式负载敏感多路阀Ｏ形逡逑圈密封装配图：逡逑图１－３片式负载敏感多路阀０形圈密封装配图逡逑１逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136

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本文编号：2691700