用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的制作方法

本实用新型涉及一种实验装置，尤其涉及一种用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统。

背景技术：

在现有技术中，切削齿在切削岩石时，会有摩擦发热现象，如果在无水环境下，这种发热现象会尤为剧烈，而且切削具的刀尖温度上升极快，高温对切削齿的性能、岩石特性等均有很大程度的影响。因此，需要通过模拟岩石无水切削工况对切削齿材料、钻头寿命和切削效率等进行研究，从而获得实际工况下切削齿材料的选配、钻头更换周期以及在不同时间段内切削齿的切削效率。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统，本系统能够模拟岩石无水切削时，岩石和切削齿的发热状态和程度，对研究切削齿材料、钻头寿命和切削效率等均有很强的实践意义。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统，包括固定座、岩样加热保温装置、进给切削系统和实时测量系统，所述岩样加热保温装置水平安装在固定座上；岩样加热保温装置包括岩样加热套筒和滑动套筒，岩样加热套筒和滑动套筒两端均开口，滑动套筒沿岩样加热套筒轴向装填在岩样加热套筒内，在岩样加热套筒的筒壁内沿轴向装填多根加热片，相邻两根加热片沿套筒侧壁走向等间隔分布；在滑动套筒侧壁以及岩样加热套筒侧壁上沿轴向开有对应的贯通槽；所述进给切削系统包括切削齿和直线滑轨，切削齿设置在直线滑轨上，直线滑轨沿滑动套筒的轴向设置；实时测量系统包括控制器和多个传感器，多个传感器分别实时采集切削过程中切削齿和岩石的温度变化、切削力以及切削齿在直线滑轨上的位移信息，传感器将采集到的信息上传至控制器。

优选地，还包括加持回转系统，所述加持回转系统包括水平安装在固定座上的旋转电机，所述旋转电机的输出轴上安装有夹持卡盘，所述夹持卡盘夹住所述岩样加热保温装置的一端。

优选地，所述进给切削系统还包括切削齿加热套筒和切削齿夹具，切削齿安装在切削齿夹具的端部；所述切削齿夹具沿切削齿加热套筒轴向装填至切削齿加热套筒内，在切削齿加热套筒的筒壁内沿轴向装填多根加热片，相邻两根加热片沿套筒侧壁走向等间隔分布。

优选地，还包括保温套，保温套套在岩样加热套筒上，保温套侧壁开有与岩样加热套筒上贯通槽相应的贯通槽；所述夹持卡盘夹住所述保温套。

优选地，还包括装配在所述岩样加热套筒两端的端盖，其中一端端盖开孔供加热片和传感器的连接线缆进入岩样加热套筒内，所述端盖与保温套内壁之间螺纹连接；靠近夹持卡盘的端盖内设置有弹簧，弹簧位于滑动套筒内。

优选地，还包括密封板，所述密封板包括一体成型的插块和外板，插块形状与贯通槽匹配，外板覆盖在插块上，插块进尺深度大于保温套、岩样加热套筒的壁厚；在岩样加热套筒的贯通槽的两侧槽壁上沿岩样加热套筒轴向加工有滑动槽，插块对应滑动槽的部位加工有滑块。

优选地，所述外板长度大于插块的长度，插块插入至所述贯通槽内时，外板具有突出岩样加热套筒端面的一部分板面，在所述突出的板面朝向岩样加热套筒轴线的一面设置有盖板，盖板与岩样加热套筒端面平行。

优选地，在切削齿加热套筒外套有保温层，所述保温层为双层结构，内层与切削齿加热套筒固定装配，外层沿切削齿轴向套筒轴向滑动。

优选地，在切削齿加热套筒内壁或切削齿夹具的侧壁上开有导向槽。

优选地，所述切削齿夹具对应切削齿底座形状开有多边形腔体。

与现有技术相比，本实用新型实施例至少具有以下优点：

岩样和切削齿加热采用超高温陶瓷加热片，其最高加热温度能到500℃-700℃，能够满足无水切削时的实验要求。

1.岩样的加热、保温采用侧面开贯通槽的圆柱加热保温筒，岩石装在滑动套筒内，前后端均有端盖，一端的端盖开孔用来通过超高温陶瓷加热片的连接线和温度传感器的连线；另一端的端盖与筒体采用螺纹实现密封和分离；贯通槽在加热过程中可插入密封板实现密封，当达到实验温度时再滑动取出。

2.岩样加热套筒是中空的，中空部分均匀分布若干超高温陶瓷加热片实现高温；内层安装滑动套筒，实现岩样在岩样加热套筒内的旋转，达到不同位置切削的目的；岩样加热套筒外层安装保温层，实现保温。

3.侧面的密封板去掉，同时在岩样加热套筒两端装配端盖，岩样装在加热保温筒静止，切削齿水平运动，可实现岩石的直线切削；将一端的端盖卸下并在贯通槽内装上密封板，岩石装在加热保温筒绕中心旋转，切削齿不动，可实现岩石的旋转切削；能够实现不同位置、不同形式切削的岩石切削实验。

4.在圆柱加热保温筒的底部有弹簧，岩样放在弹簧上，通过端盖压紧起到固定岩石的作用；侧面密封板上有止口，压住岩样端面，实现旋转切削时的岩样定位。

5.切削齿加热、保温是采用方形加热保温层，保温层的前端可以伸缩，实现加热时切削齿的密封和实验时切削齿的外露。

6.切削齿与切削齿夹具采用8～10棱面配合，实现多个角度切削，装在方形加热保温套里的切削齿夹具能够进行不同方向的调整，水平调整实现进给量的调整，XY平面转动实现刃倾角的调整。

7.在无水切削试验时具有实时/高精度测量温度、切削力、扭矩、位移、温度等信息的能力，不仅能够测试钻进过程中负载参数的变化，还能够实时测量钻头的温升和岩石的温度变化。

附图说明

图1为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的切削齿对岩样圆周面进行切削的实施方式示意图；

图2为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的切削齿对岩样端面进行回转切削的实施方式示意图；

图3为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的岩样加热保温装置的结构示意图；

图4为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的岩样加热保温装置的端面结构示意图；

图5为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的岩样加热套筒装配端盖的结构示意图；

图6为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的密封板与贯通槽装配结构示意图；

图7为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的切削齿加热套筒和切削齿夹具装配结构示意图；

图8为本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的保温套与切削齿加热套筒的装配结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统，包括固定座1、岩样加热保温装置、进给切削系统和实时测量系统，所述岩样加热保温装置水平安装在固定座1上；岩样加热保温装置包括岩样加热套筒2和滑动套筒3，岩样加热套筒2和滑动套筒3两端均开口，滑动套筒3沿岩样加热套筒2轴向装填在岩样加热套筒2内，在岩样加热套筒2的筒壁内沿轴向装填多根陶瓷加热片4，相邻两根陶瓷加热片4沿套筒侧壁走向等间隔分布；在滑动套筒3侧壁以及岩样加热套筒2侧壁上沿轴向开有对应的贯通槽5；所述进给切削系统包括切削齿19和直线滑轨6，切削齿19设置在直线滑轨6上，直线滑轨6沿滑动套筒3的轴向设置；实时测量系统包括控制器和多个传感器，多个传感器分别实时采集切削过程中切削齿19和岩石的温度变化、切削力以及切削齿19在直线滑轨6上的位移信息，传感器将采集到的信息上传至控制器。

还包括加持回转系统，所述加持回转系统包括水平安装在固定座1上的旋转电机7，所述旋转电机7的输出轴上安装有三爪夹持卡盘8，所述三爪夹持卡盘8夹住所述岩样加热保温装置的一端。

所述进给切削系统还包括切削齿加热套筒9和切削齿夹具10，切削齿19安装在切削齿夹具10的端部；所述切削齿夹具10沿切削齿加热套筒9轴向装填至切削齿加热套筒9内，在切削齿加热套筒9的筒壁内沿轴向装填多根陶瓷加热片4，相邻两根陶瓷加热片4沿套筒侧壁走向等间隔分布。

还包括保温套16，保温套16套在岩样加热套筒2上，保温套16侧壁开有与岩样加热套筒2上贯通槽5相应的贯通槽5；所述三爪夹持卡盘8夹住所述保温套16。

还包括装配在所述岩样加热套筒2两端的端盖11，其中一端端盖11开孔供陶瓷加热片4和传感器的连接线缆进入岩样加热套筒2内，所述端盖11与保温套16内壁之间螺纹连接；靠近三爪夹持卡盘8的端盖11内设置有弹簧21，弹簧21位于滑动套筒3内。

还包括密封板，所述密封板包括一体成型的插块12和外板14，插块12形状与贯通槽5匹配，外板14覆盖在插块12上，插块12进尺深度大于保温套16、岩样加热套筒2的壁厚；在岩样加热套筒2的贯通槽5的两侧槽壁上沿岩样加热套筒2轴向加工有滑动槽15，插块12对应滑动槽15的部位加工有滑块。

所述外板14长度大于插块12的长度，插块12插入至所述贯通槽5内时，外板14具有突出岩样加热套筒2端面的一部分板面，在所述突出的板面朝向岩样加热套筒2轴线的一面设置有盖板13，盖板13与岩样加热套筒2端面平行。

在切削齿加热套筒9外套有保温层17，所述保温层17为双层结构，内层与切削齿加热套筒9固定装配，外层23沿切削齿轴向套筒9轴向滑动。

在切削齿加热套筒9内壁或切削齿夹具10的侧壁上开有导向槽18。

所述切削齿夹具10对应切削齿19底座形状(10棱柱)开有多边形腔体22。

本实用新型用于高温岩石在不同温度条件下切削的实时测试系统的工作原理：

先将岩样20插入到滑动套筒3内：

1.旋转电机7不工作，岩样加热套筒2的两端均装配端盖11，岩样20通过两端端盖11压紧(端盖11内弹簧21抵住岩样20一端)，岩样20固定在滑动套筒3内；保温套16、岩样加热套筒2以及滑动套筒3的贯通槽5开口竖直朝下。切削齿19伸入到贯通槽5内，切削齿19在直线滑轨6上进行直线运动，对岩样加热保温装置内的岩样20进行切削作业。切削过程中，通过传感器采集切削齿19和岩石的温度变化、切削力以及切削齿19在直线滑轨6上的位移信息，传感器将采集到的信息上传至控制器。

2.在岩样加热套筒2对应三爪夹持卡盘8的一端装配端盖11，另外一端不装配，在贯通槽5内装配密封板，密封板上的盖板13与另一端端盖11和弹簧21共同作用将岩样20卡在滑动套筒3里，盖板13为了避免切削齿19对岩样20端面的切削产生妨碍，因此长度不宜过长，只要能卡住岩样20即可。岩样20固定完毕后，加持岩样加热保温装置的卡盘在旋转电机7驱动下进行旋转，岩样加热保温装置绕自身轴线回转，保温套16以及岩样加热套筒2通过密封板的限定作用同步旋转，岩样20通过盖板13与端盖11和弹簧21的作用下随着保温套16和岩样加热套筒2一并旋转。切削齿19抵在岩样20端面，进给切削系统通过直线滑轨6使切削齿19对岩样20端面施加预压力。岩样20在回转过程中，切削齿19保持不动，完成切削齿19对岩样20端面的回转切削。切削过程中，通过传感器采集切削齿19和岩石的温度变化、切削力以及切削齿19在直线滑轨6上的位移信息，传感器将采集到的信息上传至控制器。

3.卸掉密封板和一端端盖11后，滑动套筒3能够相对岩样加热套筒2转动，从而完成岩样20相对岩样加热套筒2和保温套16上贯通槽5的位置变化，改变岩样20圆周面上的切削位置。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。