冲击载荷加载装置、模拟冲击载荷的试验系统及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种冲击载荷加载装置、模拟冲击载荷的试验系统及其试验方法，属于破岩试验装置领域。冲击载荷加载装置，包括凸轮机构和动力钻具。凸轮机构包括圆柱凸轮和能够驱动圆柱凸轮转动的驱动装置，驱动装置的动力输出轴与圆柱凸轮的转轴传动连接，圆柱凸轮开设有曲线凹槽。动力钻具包括钻具本体、凸轮从动件及弹性件，弹性件套设于钻具本体，凸轮从动件套设于钻具本体且凸轮从动件设置传导部，传导部和钻具本体能够限制弹性件运动，传导部能够与曲线凹槽配合，以使得传导部在圆柱凸轮转动时能够往复直线运动。当驱动装置的动力输出轴转动时，传导部在圆柱凸轮转动时能够往复直线运动，由此对钻具本体产生稳定的周期性冲击载荷。

Shock loading device, simulated load test system and its test method

The invention provides an impact load loading device, a test system for simulating impact load and a test method thereof, belonging to the field of rock breaking test device. The impact loading device includes a cam mechanism and a power drilling tool. The cam mechanism includes a cylindrical cam and a driving device capable of driving the rotation of the cylindrical cam. The power output shaft of the driving device is connected with the rotating shaft of the cylindrical cam, and the cylindrical cam is provided with a curve groove. Power drilling tool includes drilling tool body, cam follower and elastic part, elastic part is set on drilling tool body, cam follower is set on drilling tool body and cam follower is set with conduction part, conduction part and drilling tool body can restrict the movement of elastic part, conduction part can cooperate with curve groove to make conduction part rotate in cylindrical cam. When moving, it can move straight and straight. When the power output shaft of the driving device rotates, the conduction part can move in a straight line to and fro when the cylindrical cam rotates, thus producing a stable periodic impact load on the drill body.

【技术实现步骤摘要】
冲击载荷加载装置、模拟冲击载荷的试验系统及其试验方法
本专利技术涉及破岩试验装置领域，具体而言，涉及一种冲击载荷加载装置及模拟冲击载荷的试验系统及其试验方法。
技术介绍
目前，高效的破岩技术是油气井钻井
的核心，也是钻井工程理论研究的重点内容。在石油行业，冲击破岩一直是岩石破碎的主要形式。冲击破岩是在传统的旋转破岩基础上，利用岩石在冲击作用下易于破碎的特点，在钻头上连接冲击装置，钻头在动静载荷联合作用下破岩，从而达到破岩的目的。随着油气勘探的不断深入，勘探难度日益增加，尤其在一些复杂地层，旋转钻井的钻进效果并不理想，机械钻速低下，钻井事故频发，钻井成本高。同时，已有研究表明，谐振冲击钻井，谐振激励能够大大提高岩石的振动幅度，促进岩石破碎，进而提高钻进速度。为了深入了解钻头破岩的内在机理，提高人为对钻头破岩速度的控制能力，亟需对此进行试验及理论研究。谐振冲击钻井技术作为新兴的一种高效破岩技术，目前谐振冲击载荷下破岩的机理的研究多停留在理论阶段，缺乏试验验证，难以取得统一认识。试验装置的关键在于如何提供稳定的冲击载荷。而目前缺少一种适用于模拟谐振冲击钻井的冲击载荷的加载装置，且在冲击载荷的加载过程中保持稳定。
技术实现思路
本专利技术提供了一种冲击载荷加载装置，旨在改善冲击载荷的加载过程的稳定性。本专利技术是这样实现的：一种冲击载荷加载装置，包括凸轮机构和动力钻具。所述凸轮机构包括圆柱凸轮和能够驱动所述圆柱凸轮转动的驱动装置，所述驱动装置的动力输出轴与所述圆柱凸轮的转轴传动连接，所述圆柱凸轮开设有曲线凹槽。所述动力钻具包括钻具本体、凸轮从动件及弹性件，所述弹性件套设于所述钻具本体，所述凸轮从动件套设于所述钻具本体且所述凸轮从动件设置有传导部，所述传导部和所述钻具本体能够限制所述弹性件在预设区域，所述传导部能够与所述曲线凹槽配合，以使得所述传导部在所述圆柱凸轮转动时能够往复直线运动。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述钻具本体的一端设置有环形凸缘，所述弹性件一端与所述传导部抵接，所述弹性件的另一端与所述环形凸缘抵接。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述弹性件的一端与所述传导部抵接，所述弹性件的另一端与所述钻具本体固定连接。本专利技术另提供一种模拟冲击载荷的试验系统，包括前述的冲击载荷加载装置、钻压加载装置及钻具支架。其中，所述钻压加载装置与所述钻具本体的一端连接，所述钻压加载装置能够为所述钻具本体提供旋转力。所述钻具支架被配置成用于限定所述钻具本体的径向运动，所述钻具本体能够相对所述钻具支架转动。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述模拟冲击载荷的试验系统还包括高压泵，所述高压泵与所述钻具本体连接，所述高压泵能够为所述钻具本体的内部的流体提供压力。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述模拟冲击载荷的试验系统还包括声发射传感器，所述声发射传感器安装在岩石上，所述声发射传感器配置成能够收集岩石破碎过程的声音信号。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述钻具支架包括第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和所述第二侧板之间设置有钻具夹具，所述钻具夹具套设于所述钻具本体能够限制所述钻具本体的径向运动。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述模拟冲击载荷的试验系统还包括双层水箱，所述双层水箱设置有开口，所述钻具本体的一端安装于所述双层水箱内，且所述钻具本体与所述双层水箱的开口处密封连接。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述钻具夹具与所述钻具支架可拆卸连接且所述钻具夹具至少为2个，所述高压泵设置于其中一个所述钻具夹具上，所述驱动装置设置于另一个所述钻具夹具上。进一步地，在本专利技术提供的一种实施例中，所述模拟冲击载荷的试验系统还包括岩石加载装置，所述岩石加载装置能够对岩样施加x、y、z三个方向的载荷。本专利技术还提供一种模拟冲击载荷的试验方法，其利用权利要求10所述的模拟冲击载荷的试验系统进行，包括如下步骤：由所述岩石加载装置夹持岩石并对岩石提供x-y-z三个方向的载荷；由所述高压泵输送流体至所述动力钻具的内部，同时在所述双层水箱内注入流体，保持岩石在流体淹没状态；由所述圆柱凸轮提供冲击载荷，所述钻压加载装置提供静载荷。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过上述设计得到的冲击载荷加载装置，其包括凸轮机构和动力钻具。凸轮机构包括圆柱凸轮和能够驱动圆柱凸轮转动的驱动装置，驱动装置的动力输出轴与圆柱凸轮的转轴传动连接，圆柱凸轮开设有曲线凹槽。动力钻具包括钻具本体、凸轮从动件及弹性件。当驱动装置的动力输出轴转动时，圆柱凸轮随之转动，而传导部能够与曲线凹槽配合，以使得传导部在圆柱凸轮转动时能够往复直线运动，弹性件被限制在预设区域内，弹性件随着传导部的运动被压缩，将冲击载荷传递到钻具本体，由此钻具本体产生了稳定的周期性冲击载荷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种冲击载荷加载装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的动力钻具的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种模拟冲击载荷的试验系统的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的钻具夹具的结构示意图；图5是本专利技术实施例岩石加载装置的载荷加载方向的示意图。图标：100-冲击载荷加载装置；10-凸轮机构；12-圆柱凸轮；121-曲线凹槽；123-转轴；14-驱动装置；141-动力输出轴；20-动力钻具；22-钻具本体；221-环形凸缘；223-钻头；24-凸轮从动件；241-传导部；26-弹性件；200-模拟冲击载荷的试验系统；30-钻具支架；31-第一侧板；311-凸轮支架；33-第二侧板；35-钻具夹具；351-通孔；353-T型块；355-螺纹孔；311-凸轮支架；40-钻压加载装置；50-底座；60-高压泵；70-岩石加载装置；80-双层水箱；82-内层水箱本体；84-外层水箱本体；86-密封结构。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冲击载荷加载装置，其特征在于，包括凸轮机构，所述凸轮机构包括圆柱凸轮和能够驱动所述圆柱凸轮转动的驱动装置，所述驱动装置的动力输出轴与所述圆柱凸轮的转轴传动连接，所述圆柱凸轮开设有曲线凹槽；以及动力钻具，所述动力钻具包括钻具本体、凸轮从动件及弹性件，所述弹性件套设于所述钻具本体，所述凸轮从动件套设于所述钻具本体且所述凸轮从动件设置有传导部，所述传导部和所述钻具本体能够限制所述弹性件在预设区域，所述传导部能够与所述曲线凹槽配合，以使得所述传导部在所述圆柱凸轮转动时能够往复直线运动。

【技术特征摘要】
1.一种冲击载荷加载装置，其特征在于，包括凸轮机构，所述凸轮机构包括圆柱凸轮和能够驱动所述圆柱凸轮转动的驱动装置，所述驱动装置的动力输出轴与所述圆柱凸轮的转轴传动连接，所述圆柱凸轮开设有曲线凹槽；以及动力钻具，所述动力钻具包括钻具本体、凸轮从动件及弹性件，所述弹性件套设于所述钻具本体，所述凸轮从动件套设于所述钻具本体且所述凸轮从动件设置有传导部，所述传导部和所述钻具本体能够限制所述弹性件在预设区域，所述传导部能够与所述曲线凹槽配合，以使得所述传导部在所述圆柱凸轮转动时能够往复直线运动。2.根据权利要求1所述的冲击载荷加载装置，其特征在于，所述钻具本体的一端设置有环形凸缘，所述弹性件一端与所述传导部抵接，所述弹性件的另一端与所述环形凸缘抵接。3.一种模拟冲击载荷的试验系统，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的冲击载荷加载装置；钻压加载装置，所述钻压加载装置与所述钻具本体的一端连接，所述钻压加载装置能够为所述钻具本体提供旋转力；以及钻具支架，所述钻具支架被配置成用于限定所述钻具本体的径向运动，所述钻具本体能够相对所述钻具支架转动。4.根据权利要求3所述的模拟冲击载荷的试验系统，其特征在于，所述模拟冲击载荷的试验系统还包括高压泵，所述高压泵与所述钻具本体连接，所述高压泵能够为所述钻具本体的内部的流体提供压力。5.根据权利要求3所述的模拟冲击载荷的试验系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽萍，崔怀丰，孙林平，蒲国林，郝加波，陈光平，
申请(专利权)人：四川文理学院，
类型：发明
国别省市：四川,51