一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置的制作方法

文档序号:26181895发布日期:2021-08-06 18:31阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于,包括:

扭矩加载系统:对试验钻杆(15)施加可控扭矩,包括加载马达(1)、加载连接装置(2)、自动变速器(3)、加载减速装置(4)和扭矩加载装置(8),加载马达(1)通过传动轴与自动变速器(3)连接,且安装于加载连接装置(2)上,自动变速器(3)通过扭矩传递装置与加载减速装置(4)连接,加载减速装置(4)通过扭矩传递装置与扭矩加载装置(8)连接,扭矩加载装置(8)与试验钻杆(15)连接;

负载系统:对试验钻杆(15)施加稳态、动态变载扭矩,包括扭矩负载装置(10)、转矩转速检测装置(11)、负载减速装置(12)和负载装置(13),负载装置(13)通过传动轴与负载减速装置(12)连接,负载减速装置(12)通过扭矩传递装置与转矩转速检测装置(11)连接,转矩转速检测装置(11)通过扭矩传递装置与扭矩负载装置(10)连接,扭矩负载装置(10)与试验钻杆(15)连接;

轴向力加载系统(7):对试验钻杆(15)加载可控轴向载荷;

径向约束系统:用于模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束与径向力加载;

水路加载系统:对试验钻杆加载一定压力的高压或超高压水压。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述自动变速器(3)可以根据转速的大小和扭矩的大小自动换挡,所述加载马达(1)能够实现控制输出转矩与转速,所述自动变速器(3)与加载马达(1)匹配控制实现转速和转矩的可控输出,并根据所试验工况加载不同的驱动扭矩与转速,根据实验需求实现可控加载。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述负载装置(13)根据钻孔内切削反扭矩、旋转与滑动瞬态摩阻、钻孔对钻杆径向约束产生的周期性、瞬间冲击载荷,模拟输出稳态扭矩、动态变载扭矩、冲击扭矩、周期性冲击扭矩;转矩转速检测装置(11)对传输的转矩、转速进行检测,对扭矩加载系统、负载系统进行反馈控制。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述负载装置(13)包括负载基座(13-1)、拉力伺服油缸(13-2)、拉杆(13-3)、滑轨(13-4)、冲击载荷制动器(13-5)、传动轴(13-6)和电涡流制动器(13-7);所述拉力伺服油缸(13-2)与负载基座(13-1)连接,拉力伺服油缸(13-2)通过销轴与拉杆(13-3)连接,拉杆(13-3)通过销轴与冲击载荷制动器(13-5)连接,冲击载荷制动器(13-5)通过滑槽结构与滑轨(13-4)配合,实现由拉力伺服油缸(13-2)带动冲击载荷制动器(13-5)动作,抱紧传动轴(13-6)产生制动冲击负载;电涡流制动器(13-7)连接于负载基座(13-1),并与传动轴(13-6)相连,产生可控稳态扭矩负载。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述径向约束系统约束试验钻杆(15)的弯曲半波、公转半径和径向位移,以模拟加载施工中钻杆受到的半波约束、公转约束和径向位移约束。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述径向约束系统包括3个以上的径向约束装置(9),径向约束装置(9)对试验钻杆(15)的约束距离等于试验钻杆(15)与实验参数匹配产生的半波长,或等于试验钻孔对钻杆约束的长度。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述径向约束装置(9)包括径向约束基座(9-1)、滑动轴(9-2)、位置传感器(9-3)、钻杆约束基座(9-4)、滑套(9-5)、滑套轴向限位、推力套(9-8)、传力轴(9-9)、轴承、径向限位环(9-11)和伺服油缸(9-12);所述滑动轴(9-2)与径向约束基座(9-1)连接,所述滑套(9-5)与滑动轴(9-2)、钻杆约束基座(9-4)配合,形成滑动结构与润滑密封腔体;所述传力轴(9-9)与轴承配合,安装在钻杆约束基座(9-4)上,径向限位环(9-11)安装于传力轴(9-9)腔体内,并由推力套(9-8)两端固定;所述径向限位环(9-11)与传力轴(9-9)可以在试验钻杆(15)摩擦力作用下沿轴承轴线旋转;所述径向限位环(9-11)内壁与试验钻杆(15)接触侧有一定弧度,弧度大小根据试验钻杆(15)的弯曲约束条件设置,且内壁直径大小为所模拟钻孔的直径;所述径向约束装置(9),按照钻孔直径与钻杆直径的组合,配置不同直径的径向限位环(9-11),通过径向约束装置(9)对试验钻杆(15)的径向位移、径向载荷形成约束,模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束、半波约束和公转约束;由位置传感器(9-3)检测径向限位环(9-11)所处位置,反馈控制伺服油缸(9-12)加载的径向位移。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述扭矩加载装置(8)和所述扭矩负载装置(10)均包括承力基座,承力基座上转动连接有主轴,主轴通过夹持装置与试验钻杆(15)连接,扭矩负载装置(10)的主轴还连接有推力测量装置(10-6)以形成轴向力的反馈控制。

9.根据权利要求8所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述扭矩加载装置(8)和所述扭矩负载装置(10)还包括用于支撑主轴的推力轴承、用于安装推力轴承的轴承推力座、与承力基座连接的端盖、与主轴连接的旋转配油组件、与旋转配油组件配合的供油装置,供油装置位于承力基座上。

10.根据权利要求8所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述轴向力加载系统(7)与扭矩加载系统连接,由大推进力双油缸装置和承力滑轨输出可控推进力,根据推进切削阻力、滑动摩阻、钻孔约束瞬态冲击与周期性变载,模拟输出稳态或动态推进力,通过推力测量装置(10-6)检测输出推力,反馈控制推进力的加载。


技术总结
本发明涉及一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,属于煤矿钻探用钻杆综合性能试验领域,包括对试验钻杆施加可控扭矩的扭矩加载系统、对试验钻杆施加稳态、动态变载扭矩的负载系统、对试验钻杆加载可控轴向载荷的轴向力加载系统、用于模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束与径向力加载的径向约束系统,以及对试验钻杆加载一定压力的高压或超高压水压的水路加载系统。本发明能够模拟钻杆多种工况的约束与受力,能够对试验钻杆加载可控的复合载荷,检验钻杆在稳态与动态载荷下的综合性能,以及钻杆在涡动、振动、公转、自转、离心力等工况条件下的综合性能,解决了现有试验装置无法模拟钻杆的综合受力与动态载荷模型的问题。

技术研发人员:孟祥辉;闫保永;王清峰;王杰;叶强波;朱利民;雷丰励;阳廷军;赵志强;张先韬;陈泽平;刘思聪;郝少楠;王国震;郭向勇;薛赞;张晓泽;陈龙;曹柳;赵胜天
受保护的技术使用者:中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日:2021.06.23
技术公布日:2021.08.06
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