一种钻机起拔与回转复合测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钻机起拔与回转复合测试装置及方法，包括滑动轴、变速箱、扭矩传感器、第一基座、转动分离箱、防转导轨、拉压力传感器、测功机和阻力油缸。本发明专利技术通过扭矩传感器+测功机测试钻机回转器回转性能，通过拉压力传感器+阻力油缸测试钻机起拔系统性能，通过设置有转动分离箱保证滑动轴转动不传导至拉压力传感器及阻力油缸，从而进行回转系统测试的同时，实现钻机给进或起拔测试，较真实的反映了钻机的实际工况，有利于测试人员较全面的了解钻机性能，同时由于实现了复合测试，测试过程中只需要连接一次钻机与测试系统，因而节省了大量的时间、人力和物力。人力和物力。人力和物力。

【技术实现步骤摘要】
一种钻机起拔与回转复合测试系统及方法


[0001]本专利技术属于钻机性能测试
，具体涉及一种钻机起拔与回转复合测试系统及方法。

技术介绍

[0002]钻机主要执行动作包括回转器回转及起拔，钻探作业时，反映为回转器绕回转中心转动及回转器沿回转中心轴向移动的复合动作，对钻机能力及性能的评价，主要是通过测试钻机回转特性及提升下放能力。常见的测试方法有静态测试和动态测试两种，静态测试只能对钻机的最大回转转矩及最大提升力进行测试，由于无法实现动态加载，不能完全模拟钻机的真实工况，无法较全面的掌握钻机的实际性能。另一种方法是动态测试，具体是通过台架试验，利用模拟加载装置为动力头回转及提升系统进行动态模拟加载，并实时进行相关数据监测，从而较全面的了解能力及性能。
[0003]钻机工作过程中，动力头回转与给进起拔同时执行，钻机负载为复合负载，为研究钻机动态特性，需要测试系统能够真实的模拟钻机实际工况，回转测试一般采用扭矩传感器检测，测试过程中，扭矩传感器只能承受周向负载，不能承受轴向负载，因此测试过程中，主轴轴向必须保持相对静止，而给进起拔测试需要采用拉力传感器，现有拉力传感器只能承受轴向力而不能承受周向载荷，而且钻机给进测试中，需要测试传感器及加载设备能够沿轴向做一定的位移，而受制于现有测试方法及手段的限制，无法进行回转及起拔复合加载动态测试，一般是先连接钻机回转器与回转测试装置，通过回转测试系统对钻机回转器动态加载，此时回转器只转动而不提升或下放，然后重新连接钻机回转器与起拔测试装置，通过起拔检测装置进行起拔测试，此时回转器不转动，只能对钻进回转能力及提升能力进行单独测试。钻机过程中是钻机回转器回转与起拔复合动作，通过回转及起拔单独动态测试，仍然与实际工况不符，不能反映钻机的真实工况，因此获得的数据不足以支撑钻机性能进一步的研究。另一方面，由于现有测试过程中，需要分别连接回转测试装置及起拔测试装置进行测试，以某煤层气钻机为例，设备总重超过60吨，长度超过13米，测试过程中，需要先将动力头回转中心轴与回转测试台中心轴对齐，测试结束后，挪动钻机再次将动力头回转中心与给进起拔测试台中心轴对齐，测试设备一般要求回转中心同轴度高，在实际使用中，单对中一次就需要花费数小时才能完成，费时而且费力。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种钻机起拔与回转复合测试系统及方法，以解决现有的钻机测试装置测试过程负载、测试辅助周期长，辅助过程需要投入大量的人力和物力，而且存在无法实现复合测试，而不能真实的反映钻机实际工况，使得测试人员不能全面了解钻机状态的难题。
[0005]本专利技术具体采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种钻机起拔与回转复合测试装置，包括滑动轴、变速箱、扭矩传感器、第一基座、
转动分离箱、防转导轨、拉压力传感器、用于模拟回转负载的测功机和用于模拟轴向负载的阻力油缸；
[0007]所述滑动轴包括主体轴和连接在主体轴两端的上接头、下接头，所述上接头用于与钻机动力头连接；所述主体轴与变速箱输入轴滑动连接，所述主体轴能够沿其轴向自由滑动；所述变速箱输出轴依次连接扭矩传感器和测功机；所述变速箱、测功机均连接在第一基座上；
[0008]所述转动分离箱包括连接轴和底座，所述连接轴、底座、拉压力传感器、阻力油缸依次同轴连接，且所述连接轴能够绕其轴向自由转动，所述连接轴与所述下接头连接；
[0009]所述防转导轨连接在第一基座上，所述防转导轨沿滑动轴轴向设置，所述底座上设置有与所述防转导轨匹配的导向孔。
[0010]优选的，所述变速箱输入轴上设置有中心通孔，所述中心通孔为矩形孔或者在中心通孔孔壁上设置有内花键，所述主体轴设置为与所述矩形孔匹配的矩形轴或沿主体轴圆周方向设置有与所述内花键匹配的外花键。
[0011]优选的，所述变速箱输入轴与变速箱输出轴垂直布置。
[0012]优选的，所述转动分离箱的底座包括套筒、轴承、锁母、底板和导向轴套，所述轴承设置在连接轴与套筒之间，所述锁母连接在套筒内，所述连接轴与所述锁母连接；所述套筒与底板连接，底板与拉压力传感器连接；所述导向轴套套接在套筒上，所述导向轴套上设置有所述导向孔。
[0013]进一步优选的，所述底板底部设置有耳板，所述耳板上设置有销轴孔，所述拉压力传感器通过销轴孔铰接在耳板上。
[0014]优选的，所述连接轴一端设置有法兰，所述法兰上设置有螺纹孔；所述连接轴为中空轴。
[0015]优选的，所述变速箱输出轴与扭矩传感器之间连接有扭矩限制器。
[0016]进一步的，该测试装置还包括第二基座和摩擦桩，所述阻力油缸通过油缸支座连接在第二基座上，所述摩擦桩连接在第二基座底部。
[0017]本专利技术还公开了一种钻机起拔与回转复合测试方法，该方法采用本专利技术的钻机起拔与回转复合测试装置进行测试，测试过程具体包括以下步骤：
[0018]步骤1，调整钻机使钻机动力头与滑动轴轴向对齐，连接钻机动力头与滑动轴；
[0019]步骤2，启动钻机，钻机动力头转动，滑动轴转动带动变速箱输入轴转动，经变速箱升速后拖动测功机转动，测功机模拟加载，通过扭矩传感器采集数据；钻机动力头提升，阻力油缸模拟加载，通过拉压力传感器采集数据；
[0020]步骤3，获得数据后，钻机停止提升，阻力油缸停止加载；测功机停止回转加载，钻机动力头停止回转，结束测试。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术通过扭矩传感器+测功机测试钻机回转器回转性能，通过拉压力传感器+阻力油缸测试钻机起拔系统性能，通过设置有转动分离箱保证滑动轴转动不传导至拉压力传感器及阻力油缸，从而进行回转系统测试的同时，实现钻机给进或起拔测试，较真实的反映了钻机的实际工况，有利于测试人员较全面的了解钻机性能，同时由于实现了复合测试，测试过程中只需要连接一次钻机与测试系统，因而节省了大量的时间、人力和物力。
[0023]本专利技术的其他优点在具体实施方式中进行详细说明。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例记载的钻机起拔与回转复合测试装置布局图。
[0025]图2是本专利技术实施例记载的转动分离箱部分局部放大图。
[0026]图3是本专利技术实施例记载的转动分离箱结构图。
[0027]图4是本专利技术实施例记载的变速箱正视图。
[0028]图5是本专利技术实施例记载的变速箱俯视图。
[0029]图6是本专利技术实施例记载的滑动轴结构图。
[0030]图7是本专利技术实施例记载的测试方法测试结果。
[0031]图8是现有常规测试方法测试结果。
[0032]图中各标号说明：
[0033]1‑
滑动轴，2
‑
变速箱，3
‑
扭矩传感器，4
‑
第一基座，5
‑
转动分离箱，6
‑
防转导轨，7
‑
拉压力传感器，8
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻机起拔与回转复合测试装置，其特征在于，包括滑动轴(1)、变速箱(2)、扭矩传感器(3)、第一基座(4)、转动分离箱(5)、防转导轨(6)、拉压力传感器(7)、用于模拟回转负载的测功机(8)和用于模拟轴向负载的阻力油缸(9)；所述滑动轴(1)包括主体轴(101)和连接在主体轴(101)两端的上接头(102)、下接头(103)，所述上接头(102)用于与钻机动力头连接；所述主体轴(101)与变速箱输入轴(202)滑动连接，所述主体轴(101)能够沿其轴向自由滑动；所述变速箱输出轴(203)依次连接扭矩传感器(3)和测功机(8)；所述变速箱(2)、测功机(8)均连接在第一基座(4)上；所述转动分离箱(5)包括连接轴(501)和底座(502)，所述连接轴(501)、底座(502)、拉压力传感器(7)、阻力油缸(9)依次同轴连接，且所述连接轴(501)能够绕其轴向自由转动，所述连接轴(501)与所述下接头(103)连接；所述防转导轨(6)连接在第一基座(4)上，所述防转导轨(6)沿滑动轴(1)轴向设置，所述底座(502)上设置有与所述防转导轨(6)匹配的导向孔(508)。2.如权利要求1所述的钻机起拔与回转复合测试装置，其特征在于，所述变速箱输入轴(202)上设置有中心通孔(204)，所述中心通孔(204)为矩形孔或者在中心通孔(204)孔壁上设置有内花键(205)，所述主体轴(101)设置为与所述矩形孔匹配的矩形轴或沿主体轴(101)圆周方向设置有与所述内花键(205)匹配的外花键(104)。3.如权利要求1所述的钻机起拔与回转复合测试装置，其特征在于，所述变速箱输入轴(202)与变速箱输出轴(203)垂直布置。4.如权利要求1所述的钻机起拔与回转复合测试装置，其特征在于，所述转动分离箱(5)的底座(502)包括套筒(503)、轴承(504)、锁母(505)、底板(506)和导向轴套(507)，所述轴承(504)设置在连接轴(50...

【专利技术属性】
技术研发人员：常江华，鲁飞飞，田宏亮，凡东，郝世俊，邹祖杰，杨江波，王龙鹏，陈果，王振亚，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：