磨料射流切割石油管柱工具摩擦力分析

祝傳增 王道寶 韓遠(yuǎn)遠(yuǎn)

【摘要】本文設(shè)計(jì)了一種磨料射流切割石油管柱切割工具，由于工具需要在高壓流體環(huán)境下進(jìn)行切割作業(yè)，所以安裝了組合密封圈對(duì)其進(jìn)行密封，使用的組合密封圈具有承受高壓、阻砂進(jìn)入切割工具內(nèi)部的功能。密封圈與切割工具切割中心軸進(jìn)行密封接觸阻礙中心軸旋轉(zhuǎn)其產(chǎn)生的摩擦力大小影響切割工具的轉(zhuǎn)速，本文通過(guò)對(duì)切割工具摩擦力大小進(jìn)行分析為切割工具選擇動(dòng)力源大小提供了依據(jù)。計(jì)算方法以彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)預(yù)壓縮狀態(tài)下及高壓流體壓力作下組合密封圈的受載和變形作詳細(xì)的研究及計(jì)算而導(dǎo)出計(jì)算公式。通過(guò)理論分析為切割工具的轉(zhuǎn)速控制及工具機(jī)械設(shè)計(jì)提供了實(shí)際的指導(dǎo)意義，提高了磨料射流切割工具的切割效率。

【關(guān)鍵詞】磨料切割 中心軸 密封圈 摩擦力

1 引言

利用磨料射流切割工具切割石油管柱已是最新效率最高的切割方法，切割工具需要做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割作業(yè)，由于在高壓含砂作用下進(jìn)行切割作業(yè)所以使用了密封圈，由于密封圈對(duì)中心軸產(chǎn)生了摩擦力，如果摩擦力過(guò)大會(huì)造成旋轉(zhuǎn)軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)而不能進(jìn)行作業(yè)。所以有必要對(duì)密封圈產(chǎn)生的摩擦力大小進(jìn)行研究分析，本文通過(guò)以彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)預(yù)壓縮狀態(tài)下及高壓流體壓力作下組合密封圈的受載和變形作詳細(xì)的研究及計(jì)算而導(dǎo)出計(jì)算公式為產(chǎn)生摩擦力大小提供了計(jì)算方法。組合密封安裝在切割工具上，O型密封圈由于受到擠壓而變形，L型滑環(huán)施加給中心軸的壓力主要來(lái)自于O型圈變形產(chǎn)生的擠壓力，這個(gè)力的大小決定摩擦力的大小。計(jì)算摩擦力大小必須首先計(jì)算出擠壓力的大小。

下面內(nèi)容就是對(duì)摩擦力大小進(jìn)行理論分析的過(guò)程。

2 密封圈的預(yù)壓縮所導(dǎo)致的初始摩擦力計(jì)算

首先分析預(yù)壓縮所導(dǎo)致的擠壓力，先設(shè)安置在切割工具密封槽的O型密封圈的截面呈圓形，圓截面直徑為W，O型圈的外徑為D。裝配完成以后，由于溝槽底距L型滑環(huán)的距離比截面直徑小，對(duì)O型圈產(chǎn)生了預(yù)壓縮，先假設(shè)預(yù)壓縮率為e。令O型圈的截面對(duì)稱軸作為三維坐標(biāo)系的Z軸，Z軸與連接短節(jié)溝槽底部相交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)A，設(shè)X軸方向與中心軸方向平行，指向高壓磨料液體方向從O型圈A點(diǎn)處截出單元體進(jìn)行分析。Y軸方向與中心軸徑向方向平行垂直紙面指向里。

α為預(yù)壓縮后O型圈截面與L型滑環(huán)的接觸寬度的一半。預(yù)壓縮后的O型圈的截面呈鼓型，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化通?？闪?.4Wα≈。設(shè)f為L(zhǎng)型滑環(huán)與中心軸表面間的摩擦系數(shù)，則預(yù)壓縮所導(dǎo)致的初始摩擦力為：

5 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)切割工具摩擦力大小進(jìn)行分析為切割工具選擇動(dòng)力源大小提供了依據(jù)。計(jì)算方法以彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)預(yù)壓縮狀態(tài)下及高壓流體壓力作下組合密封圈的受載和變形作詳細(xì)的研究及計(jì)算而導(dǎo)出計(jì)算公式。通過(guò)理論分析為切割工具的轉(zhuǎn)速控制及工具機(jī)械設(shè)計(jì)提供了實(shí)際的指導(dǎo)意義，提高了磨料射流切割工具的切割效率。

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