高空作業(yè)車液壓和電氣控制系統(tǒng)設計【含圖紙】
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超高液壓下形環(huán)角密封的實驗研究崔玉濤 杜存臣摘要:采用丁腈橡膠形環(huán)實現(xiàn)超高壓容器端部角密封,對容器施加超高液壓做系列密封實驗。結(jié)果表明,采用角密封結(jié)構(gòu),并對形環(huán)壓縮率、截面直徑、密封間隙、橡膠硬度、密封面的粗糙度和密封件的形位公差等相關(guān)因素進行合理匹配,嚴格控制,使用普通形環(huán)可以實現(xiàn)138超高液壓的靜密封。關(guān)鍵詞: 超高壓 形環(huán) 靜密封隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,超高壓越來越廣泛地運用到超高壓殺茵、超高速冷凍、食品膨化工業(yè)、超臨界流體萃取、低鹽化處理、室溫高壓膨化以及加壓發(fā)酵等典型應用場合。這類設備所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有眾多優(yōu)越性,日益引起人們的普遍關(guān)注。如超高壓食品的生產(chǎn)具有瞬間加壓、作用均勻、操作安全和耗能低能很好地保持食物天然的色、香、味和營養(yǎng)成分的特點,符合21世紀新型食品簡便、安全、天然、營養(yǎng)、衛(wèi)生、環(huán)保的消費需求。因而有著顯著的社會效益和經(jīng)濟效益,具有巨大的潛在市場和廣闊的發(fā)展前景。但是,現(xiàn)今我國的超高壓食品的生產(chǎn)存在亟待提高工業(yè)裝備水平的問題,能否制造出經(jīng)濟、節(jié)能、安全、高效的處理設備成為制約超高壓食品處理技術(shù)市場推廣的主要瓶頸。其中,如何經(jīng)濟地制造超高壓容器并保證容器的超高壓密封尤為難點之所在。超高壓設備能否正常運行在很大程度上取決于密封結(jié)構(gòu)的完善性。高壓密封裝置的重量約占容器總重的10%30%,而成本卻占總成本的15%40%,因此密封設計工作是高壓容器設計的重要組成部分。由于許多超高壓設備為間隙操作,操作時不但要求物料能快裝快卸,且要求在開啟頻繁的情況下仍能實現(xiàn)多次可靠密封,一般使用快開式自緊密封結(jié)構(gòu)才能解決這一難題。普通形橡膠密封環(huán)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格便宜、安裝緊湊、使用方便和具有自緊密封作用等優(yōu)點,被各行業(yè)廣泛使用。因此實驗采用丁腈橡膠()形環(huán)(規(guī)格為32.53.55,執(zhí)行標準為3452.192)進行角密封實驗研究。1 形環(huán)的自緊密封原理1)預緊狀態(tài)O形環(huán)裝入密封部位后,其截面一般受到一定量的壓縮,由于形環(huán)有良好的彈性,對接觸面會產(chǎn)生一定的接觸壓力,從而實現(xiàn)預緊狀態(tài)下的密封。2)工作狀態(tài)當密封腔充入液壓介質(zhì)后,在介質(zhì)壓力的作用下,形環(huán)移向低壓一側(cè),封閉住密封間隙。隨著介質(zhì)壓力的增加,接觸壓力亦隨之增加,其峰值總是大于流體介質(zhì)壓力。這就保證了形密封環(huán)的密封功能,也反映了形密封環(huán)的自動密封能力。經(jīng)驗表明,對于普通橡膠材料,一般以13105為標準比壓。2主要密封參數(shù)的確定形環(huán)的密封效果與壓縮率、截面直徑、密封間隙、橡膠硬度、密封面的粗糙度和密封件的形位公差等因素密切相關(guān)。在影響形環(huán)密封性能的諸因素中,只要有1個參數(shù)的設計不合理就會降低其密封效果,甚至導致密封失效。因此下面就討論一下各影響因素具體數(shù)值的確定。1)壓縮率形環(huán)密封是典型的壓縮型密封。形環(huán)截面直徑的壓縮率是影響密封效果和使用壽命的重要參數(shù)。大多數(shù)情況下的泄漏與壓縮量不足有關(guān),但是過量壓縮又會造成裝拆困難和產(chǎn)生過大的殘余變形,而這將嚴重縮短其使用壽命。因此應合理確定形環(huán)的壓縮率。壓縮率用下式表示:=0/0100%式中0為形環(huán)的截面直徑(),為形環(huán)壓縮后的截面尺寸。對于靜密封壓縮率一般取10%22%,本實驗取為15%。2)截面直徑對于相同的壓縮量,截面直徑大的形環(huán)的接觸寬度大,相應的最大接觸應力小,因此在橡膠形環(huán)滿足結(jié)構(gòu)工藝等其他要求的情況下,盡可能選擇大截面的橡膠形環(huán)。本實驗容器密封面內(nèi)孔直徑為39,形環(huán)截面直徑取3.55。3)密封間隙形環(huán)在高壓力下很容易變形,容易被擠入密封間隙中去,造成損壞,因此必須對形環(huán)的密封間隙加以嚴格控制。為了防止形環(huán)發(fā)生擠出現(xiàn)象,并考慮到裝拆的難易程度,本實驗的密封間隙取為0.1。4)硬度彈性模量小的形環(huán),則最大接觸壓應力小,擠出量大,易破壞。所以當內(nèi)壓很高時,應選用硬度較高的形環(huán)。本實驗采用的形環(huán)硬度為(國際橡膠硬度等級)805。5)密封面的粗糙度密封面的粗糙度是密封技術(shù)中的一個重要衡量指標。如果密封面處有制造缺陷或縱向劃痕,則密封介質(zhì)很容易泄漏。超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中規(guī)定超高壓容器密封面的粗糙度應當小于或等于0。8。本實驗密封面的粗糙取0.4。5)密封件的形位公差密封圓柱面的圓度、圓柱度公差按8級精度選取,端面對內(nèi)孔軸線的垂直度公差按7級精度選取。3實驗裝置與密封結(jié)構(gòu)(1)實驗裝置實驗裝置由壓力源( 型液袋式液壓脹管機)、高壓連接管路、設計壓力為200的超高壓實驗容器和軸向力平衡裝置(250的壓力機)組成。實驗裝置見圖1。1. 壓力機下平板2.下墊板3.超高壓容器4.托板5.形環(huán)32.53.556.形環(huán)655.37.端蓋8.上墊板9.壓力機上平板10.螺柱11.芯軸12.螺栓13.高壓管14.接頭螺母15.螺母(2)密封原理當旋緊螺栓時,將帶動托板向上移動壓緊形環(huán),形環(huán)將貼緊芯軸的錐面和容器器壁,與錐面和軸之間分別形成環(huán)密封帶,形成預緊密封。在操作狀態(tài),隨著介質(zhì)(本實驗加壓介質(zhì)為水)壓力的增加,形環(huán)的壓縮量也隨之增大,接觸壓力亦相應增加,從而實現(xiàn)可靠密封。4實驗過程(1)將形環(huán)表面均勻涂覆少量潤滑脂。將端蓋和芯軸用雙頭螺柱連接,把形環(huán)安裝到芯軸上,用螺栓將托板連接到芯軸上以壓緊形環(huán);(2)裝配高壓管、接頭螺母和小螺母,將接頭螺母與液壓介質(zhì)入口的螺紋連接;(3)將下墊板、容器、端蓋與上墊板按圖1位置放置。接通壓力機電源,使兩平板壓緊上下兩墊板;(4)接通電源,預熱5,旋轉(zhuǎn)溢流閥加壓。以10的級差加壓,每級保壓5,觀察有無泄漏;(5)記錄脹管機上的壓力顯示儀的液壓數(shù)值和液體泄漏情況。5實驗數(shù)據(jù)加載順序的實驗記錄見表1。液壓值(MPa)1021334152627285931021301386結(jié)果與討論(1) 經(jīng)多次實驗表明,只要合理選擇并嚴格控制影響密封性能的各主要因素的數(shù)值,單獨使用普通形環(huán)錐面密封結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)138的可靠密封;(2) 由于實驗設備的限制,本實驗只做到138的液壓密封,形環(huán)仍有一定的密封潛力可以挖掘。這突破了傳統(tǒng)資料認為的形環(huán)靜密封最高壓力為70和當工作壓力高于32需要加擋圈以防止間隙擠出的限定,值得進一步進行實驗研究。(3) 形環(huán)錐面密封結(jié)構(gòu)對形環(huán)和相應的密封面的制造偏差有一定的補償作用,這就降低了對制造精度的要求,因此這種密封結(jié)構(gòu)值得加以推廣使用;(4) 形環(huán)在完成多次超高壓密封后,發(fā)現(xiàn)其外觀有輕微間隙擠出現(xiàn)象。這表明形環(huán)雖可實現(xiàn)138左右的超高壓密封,但若介質(zhì)壓力繼續(xù)升高則需考慮使用形環(huán)與三角墊的組合密封結(jié)構(gòu)或利用其他密封途徑加以解決,但本文所探討的影響密封性能的主要參數(shù)的確定方法仍有一定的參考意義。
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