一种用于刮切与冲击复合破岩试验的夹具

1.本发明属于一种复合破岩试验的夹具，具体涉及一种用于刮切与冲击复合破岩试验夹具装置。


背景技术：

2.我国是能源需求大国，但是油气资源大量依赖进口，对外依存度高，为保障我国能源安全，必须加大我国油气资源的勘探开发力度，而制约油气开发的重要因素之一便是钻头的破岩效率。为了提高油气开采效率，降低钻井成本，科研学者在不断研发破岩效率更高的复合钻头，其中将pdc齿与硬质合金齿相结合的复合钻头的破岩机理与结构设计就是研究的热点。
3.而目前科研学者的研究主要停留在pdc齿刮切或硬质合金齿冲击的单一破岩作用机理方面，缺少对刮切与冲击复合作用破岩机理的研究，为此亟需一种刮切与冲击复合破岩试验的夹具来开展相应的复合破岩实验，为刮切与冲击复合破岩钻头的破岩机理与结构参数设计提供理论依据。
4.该发明一种用于刮切与冲击复合破岩实验的夹具能够实现多参数可调，满足多种试验参数需求，实现对夹具的重复利用，降低了试验成本；同时采用可拆卸式牙齿夹持方式，实现换齿方便快捷，减少试验准备时间，提高了试验效率。


技术实现要素：

5.本发明目的：为刮切与冲击复合破岩试验提供一种多参数可调、换齿方便快捷的刮切与冲击复合破岩试验的夹具。
6.本发明采用如下技术方案：
7.本发明一种用于刮切与冲击复合破岩试验的夹具，主要由夹具主体、轴承、内六角螺栓、pdc齿、滚齿夹具组成。
8.所述夹具主体由夹柄、pdc齿安装槽、滚齿夹具安装槽、轴承安装孔、沉头螺纹孔、角度垫块、螺栓组成。夹具主体整体呈长方体型，顶部是圆柱体状的夹柄；夹具主体前端开设有pdc齿安装槽，pdc齿安装槽两侧璧开设的沉头螺纹孔与内六角螺栓配合，将pdc齿固定在pdc齿安装槽中，pdc齿安装槽的底部开设螺纹孔，与螺栓配合连接将角度垫块固定在pdc齿与pdc齿安装槽底面之间；夹具主体后端开设滚齿夹具安装槽，在滚齿夹具安装槽的两侧璧开设轴承孔。
9.所述滚齿夹具由滚齿夹具胎体、六个夹持套、六颗硬质合金齿、螺纹杆、两个调节螺母组成。
10.所述螺纹杆两端为圆柱体，中部为一段圆柱外螺纹，两端的圆柱面与所述滚齿夹具安装槽两侧的轴承内孔过盈配合连接。
11.所述滚齿夹具胎体整体呈圆柱体型，以滚齿夹具胎体的端面圆心为中心，沿垂直端面方向开设一螺纹通孔；在滚齿夹具胎体的圆柱面上开设六个间隔均匀的夹持套安装
孔，孔面为圆锥面，并在夹持套安装孔的底部开设圆柱螺纹孔。所述螺纹杆中部的圆柱外螺纹与所述滚齿夹具胎体上的螺纹通孔配合连接，在螺纹杆上的滚齿夹具胎体两侧分别设置一个调节螺母。
12.所述夹持套由六角夹头、硬质合金齿夹持孔组成；所述夹持套内部中心为硬质合金齿夹持孔，夹持套底部为一圆柱外螺纹，与滚齿夹具胎体圆周上的夹持套安装孔底部的螺纹孔相配合连接；夹持套中部是以底部的圆柱外螺纹内径为起始直径，外径逐渐变大的圆锥体，圆锥体外表面与夹持套安装孔的圆锥内孔面相匹配；夹持套顶端为六面柱体的六角夹头，且从夹持套顶端的六角夹头端面开始，沿轴向将六角夹头与圆锥体竖直均匀间隔切割为六部分，直至圆柱外螺纹起始处。
13.本发明的优点为：
14.1：换齿拆卸方便，换齿效率高；
15.2：多参数可调，实现同一夹具可重复使用，降低试验成本；
16.3：硬质合金齿的圆周面旋转夹持结构设计，实现旋转冲击作用岩石，作用时间快、频率高，试验效率高。
附图说明
17.图1为所述一种刮切与冲击复合破岩试验的夹具整体示意图；
18.图2为所述夹具主体示意图；
19.图3为所述角度垫块示意图；
20.图4为所述滚齿夹具示意图；
21.图5为所述滚齿夹具胎体示意图；
22.图6为所述夹持套示意图；
23.图中：1.夹具主体；2.夹柄；3.pdc齿安装槽；4.滚齿夹具安装槽；5.轴承安装孔；6.沉头螺纹孔；7.角度垫块；8通孔；9.螺栓；10.轴承；11.内六角螺栓；12.pdc齿；13.滚齿夹具；14滚齿夹具胎体；15.调节螺母；16.硬质合金齿；17.夹持套；18.螺纹杆；19.夹持套安装孔；20.螺纹通孔；21.六角夹头；22.硬质合金齿夹持孔；
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明进一步说明：
25.如图1所示，本发明一种用于刮切与冲击复合破岩试验的夹具主要由夹具主体1、轴承10、内六角螺栓11、pdc齿12、滚齿夹具13组成。
26.如图2、图3所示，所述夹具主体1由夹柄2、pdc齿安装槽3、滚齿夹具安装槽4、两个轴承安装孔5、两个沉头螺纹孔6、角度垫块7、螺栓9组成。pdc齿安装槽4两侧壁开设的沉头螺纹孔6与内六角螺栓11配合，通过旋转调节内六角螺栓11来将pdc齿12固定在pdc齿安装槽3中；螺栓9通过通孔8将角度垫块7固定安装在pdc齿安装槽5底部，可更换不同的角度垫块7，调节pdc齿12的岩石刮切角度；夹具主体1两侧壁开设有轴承安装孔5，用于安装轴承10，对滚齿夹具13起到支撑旋转作用。
27.图4所示，所述滚齿夹具13由滚齿夹具胎体14、六个夹持套17、硬质合金齿16、螺纹杆18、调节螺母15组成；螺纹杆18两端为螺纹杆18的圆柱面，与轴承10的轴承内孔配合连
接，从而将滚齿夹具13安装在滚齿夹具安装槽4中；螺纹杆18中部的圆柱外螺纹与滚齿夹具胎体14上的螺纹通孔20配合连接，在螺纹杆18上的滚齿夹具胎体14两侧分别设置一个调节螺母15，通过旋转两个调节螺母15来调节滚齿夹具胎体14在螺纹杆18上的轴向位置，进而调节滚齿夹具13在滚齿夹具安装槽4中的左右位置。
28.如图5所示，所述滚齿夹具胎体14由六个夹持套安装孔19、螺纹通孔20组成；在滚齿夹具胎体14的圆周外侧等间距开设有六个夹持套安装孔19，其底部为圆柱螺纹孔，夹持套安装孔19的孔面为圆锥面；以滚齿夹具胎体14的端面圆心为中心，沿垂直端面方向开设一螺纹通孔20。
29.如图6所示，所述夹持套17由六角夹头21、硬质合金齿夹持孔22组成。所述夹持套17底部为圆柱外螺纹，与夹持套安装孔19底部的螺纹孔相配合连接，夹持套17中部是以底部的圆柱外螺纹内径为起始直径，外径逐渐变大的圆锥体，圆锥体外表面与夹持套安装孔19的圆锥孔孔面型面配合；夹持套17顶部在径向具有一定的收缩性，通过夹持住夹持套17顶部的六角夹头21，旋转调节夹持套17在夹持套安装孔19中的轴向深度，由于夹持套安装孔19的圆锥孔孔面与夹持套17的圆锥体外表面型面配合相互挤压，使得硬质合金齿夹持孔22孔径缩小，起到夹持硬质合金齿16的作用。


技术特征：
1.一种用于刮切与冲击复合破岩试验的夹具，主要由夹具主体(1)、轴承(10)、内六角螺栓(11)、pdc齿(12)、滚齿夹具(13)构成；所述夹具主体(1)由夹柄(2)、pdc齿安装槽(3)、滚齿夹具安装槽(4)、轴承安装孔(5)、沉头螺纹孔(6)、调整垫块(7)、螺栓(9)构成；所述滚齿夹具(13)由滚齿夹具胎体(14)、夹持套(17)、硬质合金齿(16)、螺纹杆(18)、调节螺母(15)构成；所述夹持套(17)由六角夹头(21)、硬质合金齿夹持孔(22)组成；所述滚齿夹具胎体(14)由滚齿夹具安装孔(19)、螺纹通孔(20)组成；所述夹持套(17)由六角夹头(21)、硬质合金齿夹持孔(22)组成；滚齿夹具(13)两侧的螺纹杆(18)圆柱面与轴承(10)过盈配合，安装在夹具主体(1)上的滚齿夹具安装槽(4)中，内六角螺栓(11)通过与pdc齿安装槽(3)两侧壁的沉头螺纹孔(6)螺纹配合，将pdc齿(12)安装固定在夹具主体(1)上的pdc齿安装槽(3)中。2.如权利要求1所述的一种用于刮切与冲击复合破岩试验的夹具，其特征在于：角度垫块(7)通过螺栓(9)安装在pdc齿(12)与pdc齿安装槽(5)底部之间，同时在螺纹杆(18)上的滚齿夹具胎体(14)两侧安装调整螺母(15)，实现牙齿作用岩石的角度与位移参数可调；夹持套(17)底部的圆柱外螺纹与夹持套安装孔(19)底部的螺纹孔螺纹相配合连接，夹持套(17)中部圆锥体外表面与夹持套安装孔(19)的圆锥孔孔面型面配合，旋转夹持套(17)顶部的六角夹头(21)，可调夹持套(17)在夹持套安装孔(19)中的轴向距离。3.如权利要求1所述的一种用于刮切与冲击复合破岩试验的夹具，其特征在于：硬质合金齿(16)被夹持套(17)夹持且均布安装在滚齿夹具胎体(14)的圆柱面上，滚齿夹具胎体(14)的旋转带动硬质合金齿(16)旋转作用于岩石，实现硬质合金齿(16)对岩石的旋转冲击作用。

技术总结
本发明公开了一种用于刮切与冲击复合破岩试验的夹具，主要由夹具主体、轴承、内六角螺栓、PDC齿、滚齿夹具构成。本发明将PDC齿与硬质合金齿结合，采用角度垫块与调节螺母，实现多参数变化调节,满足多种试验参数需求，达到夹具重复利用目的。同时PDC齿与硬质合金齿分别采用螺栓固紧与夹持套夹持，换齿方便快捷，解决了试验成本高、试验准备时间长的问题。此外硬质合金齿旋转均匀安装在滚齿夹具胎体的圆周面上，滚齿夹具胎体的旋转带动硬质合金齿对岩石的旋转冲击，达到硬质合金齿单次作用岩石时间快、频率高的目的，提高了试验效率。提高了试验效率。提高了试验效率。


技术研发人员：黄志强 唐克好 马亚超 陈科 陶垒 翟预立 张鹏 王美玲
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2021.05.31
技术公布日：2021/9/16