牙轮钻头的频繁启动以及振动工况直接影响单金属密封的可靠性和工作寿命。基于热-流-固-动耦合场,建立了复杂工况下单金属密封瞬态启动动力学模型,采用有限差分法和Newmark法联合求解润滑方程和动力学方程,考察钻头转速和轴向激励对单金属密封动态密封性能的影响,结果表明:随着钻头不断启动至恒转速阶段,高压(p0=30 MPa)下单金属密封端面液膜沿径向始终呈发散型分布,端面温升在轴向激励下振荡增加至稳定波动,瞬时泄漏率呈正负交替波动状态,幅值远大于稳态泄漏率幅值,特别是当泄漏率为负值时,外径侧泥浆极易侵入密封间隙;单金属密封动态性能随钻头转速和轴向激励载荷增大而进一步恶化。

金属密封分装机是生产牙轮钻头的重要设备，其用于压装钻头牙爪，保证金属密封的有效性。针对牙轮钻头金属密封分装机，从总体方案、硬件选型、软件开发等方面开展电气控制系统设计。采用一体式工控机（IPC）对密封压装设备进行逻辑控制，实现了自动压装功能;对压力、位移信号进行数据采集和分析处理，实现了产品质量和缺陷自动检测功能。通过现场应用证实，控制系统设计合理、运行稳定。