4与加载架2连接。这样，可以快速稳定的提供进给运动所需的加载，而且结构紧凑，便于驱动旋转系统进给运动。
[0040]进一步的，所述状态监测系统包括进给位移测量系统，所述进给位移测量系统包括设置在伺服电动缸上的可编程控制器，即PLC控制器。通过PLC控制伺服电动缸和控制器控制伺服电机可以实现不同进给速度和不同转速的单齿切削岩石实验，并可以实时监测整个切削过程的多个参量。
[0041]进一步的，所述状态监测系统还包括:岩石磨损区温度监测系统，所述岩石磨损区温度监测系统包括安装在底座上的热成像仪14，监测切削过程中岩石切削区热场变化。
[0042]进一步的，所述状态监测系统还包括:切削岩石监测系统，所述切削岩石监测系统包括固定在底座上的高速摄像机15，动态记录单齿切削岩石情况。
[0043]进一步的，所述尚速摄像机为分辨率最尚为1600万像素、支持全幅4000帧/秒的超尚速摄影、并且小画幅时最尚达20万帧/秒的尚速摄像机，以提供足够的动态记录精度。所述高速摄像机例如选用国产千眼狼5F系列高速摄像机。
[0044]进一步的，所述状态监测系统还包括:岩石磨损区应力测量系统，所述岩石磨损区应力测试系统包括固定在单齿夹具6上的无线压力传感器19，通过压力传感器记录正压力。
[0045]进一步的，所述热成像仪例如为日本千野TP-L小型热成像仪，为能检测I米范围区域的温度场变化的热成像仪，热成像仪的热灵敏度为0.5°C，精度为测量值的±2%，灵敏度高。
[0046]本发明还提出一种多功能石油钻头单齿切削试验方法，所述试验方法包括以下步骤:
[0047]步骤A:用紧定螺钉将钻头单齿20固定在单齿夹具6中，用角度调节台21调整角度，调整好后用螺栓固定，将岩石试样9挖出相应的孔，放入岩石夹具8中，将侧板18与岩石夹具连接，岩石试样两端用螺钉固定；
[0048]步骤B:然后，启动高速摄像机15，调节高速摄像机15的位置使得岩石试样切削区呈现在高速摄像机15视野内；启动热成像仪14，并调节热成像仪14能够实时监控切削区附近热场变化；
[0049]步骤C:然后，启动伺服电机3，使钻头单齿20开始绕转动轴5旋转，通过可编程控制器控制伺服电动缸13的动作，伺服电动缸13通过加载架2对钻头单齿20施加载荷并使其实现进给，使钻头单齿20沿着岩石试样9上的孔切削岩石并不断进给，实现钻头单齿20对岩石试样9的切削；
[0050]步骤D:在完成切削过程后，伺服电动缸13自动停止动作，手动停止伺服电机3的动作，升起伺服电动缸13，停止实验，保存实时测量的数据。
[0051]本发明能够实现钻头单齿旋转的同时实现加载，通过压力传感器和无线压力传感器记录正压力和切削力，利用高速摄像机动态记录单齿切削岩石情况，利用热成像仪监测切削过程中岩石切削区热场变化。本发明的多功能石油钻头单齿切削试验装置及方法，是一种功能齐全、方法简便、易操作的石油钻头单齿切削试验装置及方法，可用以研究单个齿在切削岩石过程中齿的磨损特性、齿的受力情况、岩石磨损区温度变化。
[0052]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述多功能石油钻头单齿切削试验装置包括:基架、加载系统、旋转系统和状态监测系统； 所述基架包括:底座(7)和固定在底座上的岩石夹具⑶； 所述加载系统设置在所述基架上； 所述旋转系统包括:伺服电机(3)、固定在伺服电机伸出轴上的转动轴(5)、设置在转动轴下方的单齿夹具￠)、固定在所述单齿夹具上的钻头单齿(20); 所述旋转系统连接所述加载系统，所述加载系统对所述钻头单齿(20)施加负载； 所述状态监测系统监测试验过程和/或收集试验数据。2.如权利要求1所述的多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述加载系统包括:设置在所述基架上的伺服电动缸(13)、设置在伺服电动缸下的B固定平板(17)，固定在所述伺服电动缸的伸出活塞下的移动平板(12)、设置在移动平板下部的压力传感器(I)、以及固定在压力传感器下的加载架(2)，所述旋转系统连接在所述加载架(2)上。3.如权利要求1所述的多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述状态监测系统包括进给位移测量系统，所述进给位移测量系统包括设置在伺服电动缸上的可编程控制器。4.如权利要求1所述的多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述状态监测系统还包括:岩石磨损区温度监测系统，所述岩石磨损区温度监测系统包括安装在底座上的热成像仪(14)。5.如权利要求1所述的多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述状态监测系统还包括:切削岩石监测系统，所述切削岩石监测系统包括固定在底座上的高速摄像机(15)。6.如权利要求5所述的多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述高速摄像机为分辨率最尚为1600万像素、支持全幅4000帧/秒的超尚速摄影、并且小画幅时最尚达20万帧/秒的尚速摄像机。7.如权利要求1所述的多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述状态监测系统还包括:岩石磨损区应力测量系统，所述岩石磨损区应力测试系统包括固定在单齿夹具(6)上的无线压力传感器(19)。8.如权利要求4所述的多功能石油钻头单齿切削试验装置，其特征在于，所述热成像仪为能检测I米范围区域的温度场变化的热成像仪，热成像仪的热灵敏度为0.5°C，精度为测量值的±2%。9.一种多功能石油钻头单齿切削试验方法，其特征在于，所述试验方法包括以下步骤: 步骤A:将钻头单齿(20)固定在单齿夹具(6)中，用角度调节台(21)调整角度，调整好后用螺栓固定，将岩石试样(9)挖出相应的孔，放入岩石夹具⑶中，将侧板(18)与岩石夹具连接，岩石试样两端用螺钉固定； 步骤B:然后，启动高速摄像机(15)，调节高速摄像机(15)的位置使得岩石试样切削区呈现在高速摄像机(15)视野内；启动热成像仪(14)，并调节热成像仪(14)能够实时监控切削区附近热场变化； 步骤C:然后，启动伺服电机(3)，使钻头单齿(20)开始绕转动轴(5)旋转，通过可编程控制器控制伺服电动缸(13)的动作，伺服电动缸(13)通过加载架(2)对钻头单齿(20)施加载荷并使其实现进给，使钻头单齿(20)沿着岩石试样(9)上的孔切削岩石并不断进给，实现钻头单齿(20)对岩石试样(9)的切削； 步骤D:在完成切削过程后，伺服电动缸(13)自动停止动作，手动停止伺服电机(3)的动作，升起伺服电动缸(13)，停止实验，保存实时测量的数据。
【专利摘要】本发明提供了一种多功能石油钻头单齿切削试验装置及方法。所述多功能石油钻头单齿切削试验装置包括：基架、加载系统、旋转系统和状态监测系统；所述基架包括：底座(7)和固定在底座上的岩石夹具(8)；所述加载系统设置在所述基架上；所述旋转系统包括：伺服电机(3)、固定在伺服电机伸出轴上的转动轴(5)、设置在转动轴下方的单齿夹具(6)、固定在所述单齿夹具上的钻头单齿(20)；所述旋转系统连接所述加载系统，所述加载系统对所述钻头单齿(20)施加负载；所述状态监测系统监测试验过程和/或收集试验数据。所述试验方法采用上述多功能石油钻头单齿切削试验装置。
【IPC分类】G01M13/00
【公开号】CN105067231
【申请号】CN201510405708
【发明人】肖华平, 刘书海, 谭凯文
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月10日