三缸柱塞泵锯齿螺纹分析_李洪波
对机械工程中齿轮泵与柱塞泵的技术分析
李
摘 要
岩
林
森
吴
淼
姚
酤
（ 装 甲兵技 术学院
吉林 ・ 长春
１ ３ ０ ０ ０ ０ ）
在机械工程的液压 系统 中， 需要用一定的动力系统来传送液体 以实现机械的正常运作。一般常使用 的动力
系统主要有齿轮泵和柱塞泵这两种形 式。现本 文主要针对机械工程 中的齿轮泵和柱塞泵 的技术进行对 比分析 ， 指出 提高机械设备性能的技术方法。 文章首先分别概述 了齿轮泵的特点， 继而从卸载回路 、 流量控制、 旁路流量控制、 设置 干式吸油阀以及选择液压泵等几个方面详细探讨 了齿轮泵和柱塞泵在机械工程 中的技 术应用。
三缸柱塞漏水原因
三缸柱塞漏水原因
三缸柱塞漏水的原因可能有以下几种：
1. 柱塞密封圈损坏：柱塞密封圈在工作过程中受到高温和高压力的影响，容易老化、硬化或磨损，导致密封性能下降，从而产生漏水现象。
2. 柱塞和柱塞套的配合间隙过大：如果柱塞与柱塞套之间的配合间隙过大，会导致高压油液通过间隙进入柱塞腔内，使得柱塞漏水。
3. 柱塞腔内有杂质或异物：如果柱塞腔内存在杂质、异物或颗粒物，会破坏柱塞与柱塞套的密封性能，导致漏水。
4. 柱塞弹簧松动或损坏：柱塞弹簧在工作过程中需要承受一定的压力和冲击，如果柱塞弹簧出现松动或损坏，会使柱塞与柱塞套之间的密封性能下降，产生漏水。
对于柱塞漏水的原因，通常需要进行具体的检查和分析，确定漏水点和原因后，才能有针对性地进行修理或更换相关部件。
三缸柱塞泵工作原理
三缸柱塞泵工作原理
三缸柱塞泵是一种常用的流体传动装置，它通过柱塞在泵体内的工作循环来实现流体的输送和压力增加。
其工作原理如下：
1. 结构组成：三缸柱塞泵主要由泵体、柱塞、连杆、曲轴等部件组成。
泵体内存在三个互相平行且对称排列的柱塞孔，每个柱塞孔内装有一个柱塞。
柱塞通过连杆与曲轴相连，使得柱塞与曲轴有相对运动。
2. 运动循环：当柱塞随着曲轴的旋转而上下运动时，分别在吸入行程和排出行程完成流体的吸入和排出。
每个柱塞的循环为：吸入过程-压缩过程-排出过程。
具体流程如下：
- 吸入过程：当柱塞向上运动时，内部形成一个负压区域，
吸入口处的液体通过吸力进入泵体内。
- 压缩过程：当柱塞向下运动时，压缩腔内的液体被逐渐压缩，形成高压。
- 排出过程：当柱塞再次向上运动时，压缩腔与排出口之间
的阀门打开，高压液体被排出。
3. 压力增加：由于三缸柱塞泵的三个柱塞可以同时工作，因此在每个运动循环中，泵体内都会形成三个连续的压缩腔，增加了流体的压力。
通过合理调节柱塞的运动行程和曲轴的转速，可以控制泵体内流体的流量和压力。
三缸柱塞泵的工作原理简单明了，通过柱塞的往复运动来完成吸入和排出流体，实现了流体的输送和压力增加。
该泵具有结构紧凑、效率高、流量稳定等优点，在工业生产和机械设备中得到广泛应用。
泵头体锯齿形螺纹分析
泵头体锯齿形螺纹分析谢梅英（四川宏华石油设备有限公司成都研发部，四川成都 610036）摘要：泵头体寿命是往复泵性能好坏的一个重要指标，美制锯齿形螺纹在往复泵泵头体中应用广泛，锯齿形螺纹的寿命是决定泵头体寿命的重要因素之一。
首先介绍了美制锯齿形螺纹在五缸柱塞泵上的应用及美制锯齿形螺纹的强度计算方法，然后针对压盖螺纹在使用过程中出现螺纹松动的问题，利用有限元方法对压盖进行了模态分析，找出螺纹松动的原因，最后提出了这种螺纹施加扭矩的方法和提高锯齿形螺纹联接强度的措施，为美制锯齿形的设计计算提供了参考方法。
关键词：泵头体；锯齿形螺纹；螺纹计算；螺纹防松中图分类号：TH131.3 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.03.018 文章编号：1006－0316 (2017) 03－0067－04Analysis Buttress Thread of Cylinder BlockXIE Meiying( Sichuan Honghua Petroleum Equipment Co., Ltd, Chengdu 610036, China )Abstract：Cylinder’s life is a very important index of reciprocating pump, and BUTT thread is popular used on Cylinder Block, its life is one important factors to decide cylinder’s life. This paper introduced BUTT applied on quintuple pump and it was unlocked when using sometimes first, analysis how to calculate the strength of BUTT secondly, using FEA modal analysis to find the reason of cylinder cover vibration thirdly, claim how to apply torque on BUTT and how to enhance the strength of BUTT in the end, so it is reference of design BUTT.Key words：cylinder；BUTT；calculate；lock往复泵泵头体处的螺纹多采用梯形螺纹和美制锯齿形螺纹（BUTT）。
三缸柱塞泵工作原理
三缸柱塞泵工作原理
三缸柱塞泵是一种常见的液压泵，主要用于输送各种液体介质。
本文将介绍三缸柱塞泵的工作原理。
三缸柱塞泵的结构
三缸柱塞泵包括泵体、柱塞、柱塞轴、连杆、调流板等组成。
泵体上开有三个同心圆缸体，内径从大到小，分别为A、B、C。
在每个缸内都设有一个柱塞轴，柱塞轴分别为1、2、3号轴。
每个柱塞轴上都安装有数个柱塞，柱塞数量因柱塞的尺寸而异。
柱塞与柱塞轴之间通过定位销来完成连接。
三个柱塞轴通过联轴器相互连接，并由调流板帮助各柱塞轴产生不同的相位和相对运动，从而达到相间隔角为120度的转子转动。
三缸柱塞泵的工作原理基于柱塞轴的定轴，每个柱塞都独立工作，柱塞与轴的连接是过盈配合。
在工作时，由于泵体内残余的介质压力，柱塞会沿轴向方向移动。
当柱塞进入缸体时，柱塞压缩了液体，液体从柱塞与缸体之间的间隙处流出，形成了压力油。
柱塞继续移动，液压油继续缩小，但压力油仍然以相同的速度流出。
当柱塞到达缸体的底部时，柱塞与缸体之间没有灭震间隙，从而泵送出较高的压力油。
三缸柱塞泵的优点在于其稳定性好，工作精度高，吸收冲击能力强，噪音小，使用寿命长。
同时，由于人工干预少，因此在高压、大流量联合工作的条件下，三缸柱塞泵使用简便，容易实现自动操作。
电厂柱塞泵间隙功率最优研究
电厂柱塞泵间隙功率最优研究
李经宽;高红斌
【期刊名称】《能源与节能》
【年(卷),期】2015(000)011
【摘要】柱塞被广泛用于电厂打压、加药等方面,为更好地了解柱塞泵,建立柱塞泵中活塞与液压缸之间缝隙中液体轴向流动的数学模型,研究该间隙中油液渗漏的瞬时流量和平均流量.分别计算得到了该缝隙造成的容积功率损失和机械功率损失,进而得出该缝隙功率损失的计算方法.通过对该缝隙造成柱塞泵功率损失的表达式求导,最终得出功率损失最小时的缝隙设计值,以期达到最佳节能效果.
【总页数】3页(P120-121,127)
【作者】李经宽;高红斌
【作者单位】山西大学动力工程系,山西太原030006;山西大学动力工程系,山西太原030006
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.5
【相关文献】
1.外啮合齿轮泵的间隙泄漏与最优间隙研究 [J], 陈伟杰;石金磊
2.电厂柱塞泵间隙功率最优研究 [J], 李经宽;高红斌;
3.总功率损失最小为设计目标的外啮合齿轮泵最优径向间隙 [J], 陈青英;姜伟
4.轴向柱塞泵偶件间隙对容积效率影响的仿真研究 [J], 陈绪林;李亚洲;陶雪娟;郭
元;
5.轴向柱塞泵配流副油膜间隙的试验研究 [J], 李方俊;方佳雨
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三缸单作用柱塞泵曲轴的理论分析与强度计算_华剑
参考文献:
[ 1 ] 李继志, 陈荣振. 石油钻 采机 械概论 [M ]. 北 京: 石 油大学 出版 社, 2000.
推导出曲拐 1的受力公式为:
排出过程 ( 0
<
)
P
1
=
P
y+ cos
fm -
g f
+m s in
a
( 1) [2]
吸入过程 (
<2 )
P1=
fmg - m a cos - f sin
( 2)
式 ( 1)、 ( 2) 中: m 为 柱塞杆 质量 + 十 字头质 量 + 27% 连
杆质 量; P1 为 连 杆 力; P y 为 流 体 施 加 的 压 力。 Py = /4
复杂的零件强度分析。
关键词: 柱塞泵; 曲轴; 强度分析; 有限元方法
中图分类号: TE 91
文献标识码: A
文章编号: 1007 - 4414( 2006 ) 06- 0014 - 02
Theoretical analysis and strength calcu lating of single acting trip lex p lunger pum p crank shaft
cos( 3 ) 2
( 8)
式 ( 7)、( 8)中: R 为曲拐 轴颈半径 ; L 为 曲拐长 度, x = -
L ~ L; = - 60 ~ 60 。
根据以上公式, 在有限 元软 件中采 用方 程加载 的方 法对
基于三缸柱塞泵梯形螺纹的有限元分析
的螺纹共 ６ 。为便于分析 ，图 １ ，从上到下 牙啮合 牙 中 依次编号 ，最上 端编 号 为 １ ，最 下 端 牙啮 合编 号 为 ６ ， 其编号分别表示啮合位 置，为分 析方便 和观察其接触 位
种断裂一般 由交变载荷 引起＿Ｊ ｌ。
图１ 三缸柱塞泵梯形螺纹接触配合面示意图
由于 内螺纹和外螺纹的材料不 同，故此在划 分网格
（）螺纹因磨损几何尺寸变小 ，强度减小 ，加速 了 ２
螺纹的断裂 。
２０ ０７年第 ４朝
时， 采用不 同的有 限元单元进行划分 ；由于螺纹处形 状
受 ４ ＭＰ 的 ４ ０型柱塞泵泵头体寿命是 ５０ ０～６Ｏ ０ 。 ０ ａ ０ ０ ０ ｈ
建模时 ，模型的结构尺寸基于三缸柱塞 泵梯形螺 纹
的基本尺寸建立的。由于 内螺纹 和外螺 纹的结构 以及载 荷都是轴对称的，因此在建模 时做 了简化 ，只取其对称
这 然不能满足现场使用要求 ，且更换泵头体也 比较麻
部断裂而导致整个泵头体报废 ，断裂开始时 ，发生在旋
合第一圈 的旋入 口并慢慢向 内推进 ，约断裂两 圈时 ，因 是超高压设备 ，需停产更换 泵头体 ，从开始 断裂到泵头
体报废持 续 的时 间约 为 １ ｈ 右。据有 关 资料 介绍 ， ５ 左 ０ 螺纹的第一圈受力最大 ， 旋人 Ｉ是应 力集 中的地方 ， ５ 此
失效 而不是断裂失效 。而且其受力时产生 的最 大变形位 移为 ０ ４ ４×１ ～ｍｍ，属于小 变形范 围，说明螺纹 没有 ．０ ０
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[收稿日期]20060324 [作者简介]李洪波(1981),女,2004年大学毕业,硕士生,现从事现代机械设计技术的研究工作。
三缸柱塞泵锯齿螺纹分析
李洪波,周思柱,迟世伟,李 宁 (长江大学机械工程学院,湖北荆州434023)
[摘要]介绍了三缸柱塞泵锯齿螺纹的特点,分析了其理论强度,应用有限元分析软件对其进行建模和应
力分析。
通过应力分布云图找到应力最大处,从而找到其失效的主要形式和真正原因。
对理论分析的失
效形式和有限元分析的结果进行对比,提出了提高螺纹强度和寿命的改进措施。
[关键词]锯齿螺纹;轴对称;有限元;接触分析
[中图分类号]T E93313
[文献标识码]A [文章编号]10009752(2006)04040003
锯齿形螺纹比矩形螺纹易于加工,而且承载能力大、径向分力小,可传递较大的轴向力,其传动性大大优于梯形螺纹。
该牙侧始终承受一个方向的力,内、外螺纹的承载牙侧是永远接触的;锯齿形螺纹的非承载牙侧的牙侧角为45b ,可保证外螺纹牙底有较大的圆弧,其牙侧不受力,内、外螺纹的非承载牙侧是永远相互脱开的,故使其免于产生应力集中而能承受疲劳载荷[1]。
锯齿形螺纹牙根承载面积大、强度高,牙根处无应力集中,承受单向应力效果好,可避免牙根断裂,从而可使其寿命延长。
锯齿形螺纹主要用于传动装置,也可以用于紧固连接场合。
1 三缸柱塞泵锯齿螺纹理论应力分析和失效分析
111 理论应力分析
锯齿形螺纹的基本牙型和内外螺纹的基本牙型设计如图1所示。
1)螺栓杆的强度计算 在图2所示的工作情况下,在承受工作载荷之前,螺栓不受力。
这种螺纹连接属于松螺栓连接。
当联接承受工作载荷F 时,螺栓所受的工作拉力为F,其强度计算方法是
:
图1 基本牙型 图2 螺纹孔和和螺栓的约束施加和力
R =F P 4d 21[[R ](1)
式中,d 1为螺栓危险截面的直径,即外螺纹小径,m m ;[R ]为螺栓材料的许用应力,M Pa 。
这里d 1=
144178mm ,[R ]=R s n =9302=456(MPa)(R s 为屈服强度,n 为安全系数)。
F =P 4d 2垫圈=p =P 4
@1071952
@10-6@71174@106=6508001619(N )=6501800619(kN )(d 垫圈是施加到垫圈上载荷的受力直径;p 是施加到垫圈上的压强)。
把F 和d 1代入到式(1)中,有:
#400#石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2006年8月 第28卷 第4期
Journal of Oil and Gas Technology (J 1JPI) Aug 12006 Vol
128 No 14
R =F P 4d 21=650800161931144
@1441782@106=391883M Pa 考虑到螺纹在工作中还承受剪切应力,由第4强度理论和经验公式S U 015R ,有: R ca =R 2+3S 2=R 2+3(015R )2U 113R
(2)
式中,S 为螺栓的剪切应力;R ca 为危险截面的计算载荷。
将上述数据代入式(2),则螺栓危险截面的拉伸强度的计算式为:R ca =113R =113@391883=5118479(MPa)。
2)螺纹工作面上的耐磨性强度计算公式为:
p =Q A =Q P d 2hu =QP P d 2hH [[p ](3)
式中:Q 为轴向力(这里Q =F =6508001619N),N ;d 2为外螺纹中径(这里d 2=148159mm),mm ;P 为螺距(这里P =6135m m),m m ;h 为螺栓螺纹工作高度(这里h =018P =5108mm),mm ;H 为内螺纹高度(这里H =46104mm ),m m ;u 为螺纹工作圈数,u =H /P 。
将上述数据代入式(3)得到:P =
Q A =QP P d 2hH =6508001619@6135@10-33114@148159@5108@46104@10-9U 3718707(MPa)<[p ]=45M Pa
上式说明,螺纹的耐磨性条件满足,螺纹不至于因过度磨损而失效。
在三缸柱塞泵中锯齿形螺纹承受的是由柱塞的往复运动产生的交变载荷,压力最小时是负压,最高时是井下压力。
动力端的曲轴每旋转一圈,此腔内的压力从负压到最大压力变换三次。
112 断裂失效分析
断裂开始时,发生在旋合第一圈的旋入口并慢慢向内推进,约断裂两圈时,因是超高压设备,就要停产,更换泵头体,从开始断裂到泵头体报废持续的时间约为150h 左右。
据有关资料介绍,螺纹的第一圈受力最大,旋入口是应力集中的地方,此种断裂一般由交变载荷引起。
按目前的寿命,400型柱塞泵其右端螺纹承受的交变载荷次数是4132@107次;700型柱塞泵螺纹承受的交变载荷次数是1144107次。
螺纹因磨损几何尺寸变小,强度减小,从而加速了螺纹的断裂[2]。
2 三缸柱塞泵锯齿螺纹的有限元分析
本文以美制锯齿形螺纹为例进行分析,其代号为6in -4-2级,建模和分析如下。
211 锯齿形螺纹的建模
表1 锯齿形螺纹的材料特性
锯齿形螺纹
材料弹性模量泊松比硬度(H B)R s 外、内螺纹38CrM oNi2VA 211GPa 0133275~305930M Pa
图3 螺纹孔和螺栓的网格划分
由于螺纹孔和螺栓的结构和载荷都是轴对称结构,故在建
模时做了相应的简化,只取其对称面的一半为研究对象。
212 螺纹孔和螺栓的网格划分
由于螺纹处形状不规则,网格划分形式为:①螺纹孔采用
平面三角形6节点等参单元,采用智能网格划分;②螺栓采用
平面四边形4节点等参单元,采用智能网格划分;③接触分
析:由于螺栓和螺纹孔只在有螺纹牙面处啮合,而且螺旋升角
很小,且本文采用平面分析法,所以在螺纹啮合处简化为线线
接触,同时忽略螺旋升角的影响;接触面的摩擦系数与所用螺
纹润滑材料有关,一般为01015~01025之间,本计算假定各
接触面的摩擦系数为0102[3]。
二者网格划分的图形如图3所#401#第28卷第4期李洪波等:三缸柱塞泵锯齿螺纹分析
示。
螺栓和螺纹孔均为轴对称结构,采用上述单元划分网格后,两者一共产生1874个单元,2761个节点,接触单元为233个,接触点486个。
113 边界条件和载荷的施加及求解
1)施加边界约束 由于螺纹孔和螺栓均是轴对称结构,螺栓中间截面的径向位移为零。
在螺纹孔和螺栓的啮合处,采用接触处理,约束后的结果如图2所示。
2)加载和求解 根据三缸柱塞泵工作特点,加载在图2所示的直线上,加载是均布载荷,大小为71174MPa 。
214 结果分析
1)由于螺纹在啮合处发生接触,螺栓的受力在中间的圆形面上,最大位移发生在螺栓中心部位,其最大值为01785@10-5m (如图4所示。
)。
图中,DMX 表示正向最大位移,SMX 表示负向最大位移,对于有限元分析而言就是这两个代号有意义,SUB 代表子步,T IM E 代表时间步,U SU M 代表总位移,RSYS 代表坐标系类型;下同)。
2)应力分析。
图5是节点应力云图(图中,SEQV 代表总应力平均值,SM N 代表最大盈利,SNX 代表最小应力,其他同上)。
图4 螺纹啮合的位移图 图5 节点应力云图
有限元分析结果表明螺纹啮合最大应力值为4171746MPa,小于螺纹材料的许用应力465M Pa,满足强度条件;同时其工作变形最大值为01785@10-5属于小变形范围内,螺纹可以安全工作。
另外,通过有限元分析结果得到螺栓所受的平均应力为5119237M Pa 。
从上面的应力云图可以看到,螺纹的第1牙受力最大,即旋入口应力是集中的地方,螺纹接触的最大应力发生在第1牙和第2个牙的小部分,第3个牙只有一点点接触,从第4个牙开始就不再接触了,这是由于1、2两对牙承载过高的压力而产生脱滑失效而不是断裂失效,1、2两对牙首先产生塑性变形而发生畸变,紧接着其他的啮合对相继脱开而不在啮合。
3)安全系数。
n =R s R max
=9304171746=212262。
根据文献[2],对于材质均匀,性能离散程度小,而应力计算又比较准确的情况,可取安全系数许可值[n]=115~215,甚至更小些。
经比较,可知该点工作是安全的。
3 结 语
研究表明,要提高锯齿形螺纹的寿命,必须加强螺栓螺纹部分的表面硬度,尤其是第1个牙的表面硬度,可以采用冷礅螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法,或者采用氮化、氰化、喷丸等处理;也可以增大螺栓的旋入口处的过渡圆角半径;或者选择抗拉强度极限大的材料作为螺纹材料。
[参考文献]
[1]刘鸿文1材料力学[M ]1北京:高等教育出版社,2000136~371
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[3]高连新,金烨,史交齐1圆螺纹套管接头应力分布规律研究[J]1机械强度,2004,26(1):042~0481
[编辑] 苏开科#402# 石油天然气学报(江汉石油学院学报)2006年8月。