油田防喷器一步法注射覆胶成型硫化设备的设计研究与三维动态模拟

论文摘要

油田防喷器因其功能全面,能适用井口的多种工况迅速封井等优点在油田生产中得到广泛应用。然而其工作环境充满了泥浆、沙粒、碎石,条件十分恶劣,因此对其物理机械性能要求较高。但是传统的覆胶成型方法及配套设备存在着诸多不足,一是,制品的质量不高,稳定性差;二是,生产效率低,劳动强度高,提高了其生产成本。影响了防喷器的使用寿命和工作可靠性。本文通过对橡胶注射成型装置的工作原理和设备的研究,在一步法注射原理基础上,设计了一种全新的防喷器注射覆胶成型硫化设备。对此,本课题着重做了如下工作:1、首次将一步法注射成型技术应用在油田防喷器连续注射覆胶成型设计中,解决了国内外长期来未解决的防喷器注射覆胶成型的容量问题和可控注射成型压力问题,为油田防喷器实现连续注射覆胶成型提供关键技术。2、首次设计了油田防喷器注射覆胶成型硫化机,这在硬件技术上保证了防喷器注射覆胶成型的可行性,同时实现提高制品质量,提高制品寿命,提高生产效率,降低能耗,降低运行成本和实现机械化、自动化等一系列优点。3、首次设计采用电动锁环技术与电磁吸合技术相结合的新技术,成功地解决了机内注射——硫化和移模注射——硫化的技术问题,使本设计具有灵活机动的双功能效果,其根据生产需要自主选择操作方式,有效地提高生产效率,方便操作和节省运行成本等。4、设计中运用了先进的数字——传感技术。在机模压合力、注射轴向力和机头压力等关键参数均采用了数字——传感技术,实现了数字化操作,使设备运行安全可靠、制品质量稳定、操作方便简单以及易于实现自动化。5、本次设计采用CAD技术对重要零部件进行建模,并转换为CAE模型,通过有限元法对主要受力部件进行分析,同时对分析结果再分析,并针对分析结果中所暴露出来的原设计方案中的不足进行改进和优化,从而提高了设计方案的可靠性。6、运用三维造型软件SolidWorks对整机所有零部件进行三维造型,同时利用三维模拟软件3dsmax对注射硫化装置进行三维动态模拟仿真,证明设计是符合安装、拆卸、尺寸配合的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.1.1 课题的目的
• 1.1.2 设计研究的意义
• 1.2 橡胶注射成型机的进步与发展
• 1.2.1 “填充机”——第一台注射成型机
• 1.2.2 柱塞式注射成型机
• 1.2.3 螺杆柱塞式注射成型机
• 1.2.4 螺杆往复式注射成型机
• 1.2.5 螺杆旋转式（一步法）注射成型机
• 1.3 橡胶注射成型工艺的发展
• 1.4 油田防喷器注射覆胶成型硫化设备的发展
• 1.4.1 传统的油田防喷器覆胶的成型设备
• 1.4.2 油田防喷器覆胶的一步法注射成型设备
• 1.5 油田防喷器一步法注射覆胶成型硫化方法
• 1.6 本文研究的主要内容及创新点
• 2 一步法（螺杆旋转式）注射成型技术与装置的研究与进展
• 2.1 一步法注射成型技术的工作原理及特点
• 2.1.1 一步法注射成型技术的工作原理
• 2.1.2 一步法注射成型技术的特点
• 2.2 一步法注射成型装置的实验及研究
• 2.2.1 一步法注射成型原理在薄壁空心制品中应用的验证实验与研究
• 2.2.2 一步法注射成型原理在细长制品中应用的验证实验与研究
• 2.3 一步法注射成型技术理论研究的基本结论
• 2.4 本章小节
• 3 油田防喷器注射覆胶成型理论
• 3.1 螺旋啮合喂料装置的设计原理及模型建立
• 3.1.1 理论模型及流动计算[27]
• 3.1.2 物料输送特性参数计算
• 3.2 注射功率模型建立与求解
• 3.2.1 基于熔体输送理论功率模型推导
• 3.2.2 基于固体输送理论功率模型推导
• 3.2.2.1 运动分析
• 3.2.2.2 受力分析
• 3.2.2.3 按固体输送理论对功率模型推导
• 3.3 充模过程理论及模型
• 3.3.1 熔体在喷嘴区中的流动分析
• 3.3.2 熔体在模腔中的流动分析
• 3.4 螺旋传动装置消耗功率的模型建立与求解
• 3.4.1 受力分析
• 3.4.2 功率模型的推导
• 3.5 本章小结
• 4 防喷器一步法注射覆胶成型硫化设备的结构设计及有限元分析
• 4.1 注射装置的参数计算及结构设计
• 4.1.1 主要性能参数的计算与确立
• 4.1.1.1 螺杆的直径与长径比
• 4.1.1.2 螺杆的转速
• 4.1.1.3 螺杆的轴向力
• 4.1.1.4 功率与电机的选择
• 4.1.1.5 生产能力的计算
• 4.1.2 螺杆的参数计算及结构设计
• 4.1.2.1 螺杆结构参数的选择
• 4.1.2.2 螺杆强度校核
• 4.1.2.3 螺杆结构设计
• 4.1.3 传动机构的参数计算及结构设计
• 4.1.3.1 功率的计算
• 4.1.3.2 减速箱的设计
• 4.1.3.3 材料的选择和热处理
• 4.1.4 机筒的参数计算及结构设计
• 4.1.4.1 机筒的机构设计
• 4.1.4.2 机筒的强度校核
• 4.1.4.3 机筒的材料选择及热处理
• 4.1.5 螺旋啮合喂料装置的结构设计
• 4.1.5.1 螺旋啮合喂料棍喂料过程机理
• 4.1.5.2 螺旋啮合喂料装置的结构设计
• 4.1.6 机头的结构设计
• 4.1.7 喷嘴的结构设计
• 4.2 螺旋压合装置的参数计算及结构设计
• 4.2.1 螺旋传动的选择
• 4.2.2 螺旋副材料的选择
• 4.2.3 螺旋压合螺杆的强度计算
• 4.2.3.1 螺旋压合螺杆杆身强度计算
• 4.2.3.2 螺旋压合螺杆螺纹强度计算
• 4.2.4 螺旋压合螺母的强度计算
• 4.2.5 压合电机的选择
• 4.3 硫化装置的参数计算及结构设计
• 4.3.1 硫化机相关参数的计算
• 4.3.2 硫化模具的结构设计
• 4.3.3 上横梁的结构设计及有限元分析
• 4.3.3.1 有限元建模求解
• 4.3.3.2 结果分析
• 4.3.3.3 第一次结构优化
• 4.3.3.4 第二次结构优化
• 4.3.3.5 校核
• 4.3.3.6 结论
• 4.3.4 斜面错齿锁模装置的结构设计
• 4.3.5 脱模装置的参数计算及结构设计
• 4.3.5.1 脱模机构参数计算
• 4.3.5.2 脱模电机的选择
• 4.3.5.3 脱模板有限元分析
• 4.4 机架的结构设计
• 4.5 油田防喷器一步法注射覆胶成型硫化装置的工作过程
• 4.6 本章小结
• 5 三维模拟设计与三维动态过程模拟
• 5.1 油田防喷器一步法注射覆胶成型硫化装置的三维模拟设计
• 5.1.1 注射装置的三维模拟设计
• 5.1.1.1 螺杆的三维模拟设计
• 5.1.1.2 螺旋啮合喂料装置的三维模拟设计
• 5.1.1.3 一步法注射装置的三维模拟设计
• 5.1.2 硫化装置的三维模拟设计
• 5.1.2.1 脱模装置的三维模拟设计
• 5.1.2.2 硫化装置总体三维设计
• 5.1.3 压合装置的三维模拟设计
• 5.1.4 机架导向系统的三维模拟设计
• 5.2 油田防喷器一步法注射覆胶成型硫化装置的三维动态过程模拟
• 5.2.1 油田防喷器一步法注射成型硫化装置动态模拟实现的步骤
• 5.2.2 油田防喷器一步法注射成型硫化装置的动态模拟
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录