應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置，解決了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置不能精確同步施加拉壓彎扭等載荷的問題。裝置集成了拉、壓、彎、扭等不同載荷的加載與測試機(jī)構(gòu)，并使用軸承隔離的方式對拉扭組合加載的互相影響進(jìn)行消除，測試端采用雙傳感器合并輸出的方式進(jìn)行拉扭載荷的信號采集與處理。此裝置能實(shí)現(xiàn)拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)等載荷的同步加載與測試，根據(jù)油田管柱在現(xiàn)實(shí)中使用情況對各部分進(jìn)行了比例縮放，得到在給定載荷情形下油田管柱的真實(shí)變形情況。
【專利說明】
應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究技術(shù)領(lǐng)域中的實(shí)驗(yàn)研究裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]油田管柱的長徑比極大，油套管之間的環(huán)空間隙值極小，在井下受載情況也極為復(fù)雜，管柱在井下的變形，往往是綜合了接觸與摩擦邊界，并受到拉伸(或壓縮)及彎曲載荷和扭矩共同作用的結(jié)果。故油管在套管內(nèi)往往會發(fā)生屈曲，油管的屈曲變形會使得油管上安裝的封隔器、配水器等元件的軸向位置發(fā)生串動，導(dǎo)致注采串層甚至井下工具的失效破壞。目前油田現(xiàn)場可以通過磁定位手段對管柱工作前后各元件的位置串動進(jìn)行測定，但磁定位手段無法在管柱下入之前便預(yù)測各元件在工作狀態(tài)下的位置串動。
[0003]為研究管柱在井下復(fù)雜工況下的變形情況，國外許多學(xué)者(如、他等)分別基于理論依據(jù)，在不同前提下建立起了管柱力學(xué)的一系列研究理論及輔助實(shí)驗(yàn)手段，但這些研究理論一般都忽略了管柱的某一受力或邊界條件，并且需要在給定假設(shè)成立的前提下才近似成立，無法較綜合并精確地給出管柱在實(shí)際工況下的變形情況;而且由于管柱屈曲現(xiàn)象本身的復(fù)雜性，在諸多輔助實(shí)驗(yàn)中通常難以分析諸如端部邊界約束、管柱長度、摩擦等因素對管柱屈曲的獨(dú)立影響，并缺乏對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的詳細(xì)誤差分析，這些都影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果對相應(yīng)理論支持的可信度，而輔助實(shí)驗(yàn)中存在上述困難的原因在于已有的實(shí)驗(yàn)裝置多是針對某一種管柱在某一種載荷作用下的變形進(jìn)行專項(xiàng)研究，無法做到精確地同步施加拉(壓)彎扭及液壓力、摩擦力等載荷，從而對管柱在井下的真實(shí)受力變形情況進(jìn)行研究。管柱在井下的變形是在拉(壓)彎扭及液壓力、摩擦力等載荷共同作用下的結(jié)果，但迄今為止能夠?qū)苤绞┘永?壓)彎扭及液壓力、摩擦力等載荷，針對管柱在井下真實(shí)受力環(huán)境下力學(xué)行為研究的綜合性實(shí)驗(yàn)裝置還沒有真正建立。
[0004]管柱的變形既影響了油田的安全生產(chǎn)，又會給油田造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，這要求我們提出一種能夠精確同步施加拉(壓)彎扭及液壓力、摩擦力等載荷，能模擬管柱在井下真實(shí)受力環(huán)境的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)而對上述問題進(jìn)行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中提到的問題，較為完善地考慮管柱在井下的受力環(huán)境因素，對管柱在給定載荷與環(huán)境下的變形情況進(jìn)行分析預(yù)測，本實(shí)用新型提供了一種應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究技術(shù)領(lǐng)域中的實(shí)驗(yàn)裝置。此實(shí)驗(yàn)裝置能對試樣同步施加井下管柱受到的拉壓彎扭以及液壓力等載荷，并能觀測在相應(yīng)載荷下油管由于與套管產(chǎn)生摩擦接觸而發(fā)生的屈曲變形，填補(bǔ)了國內(nèi)在室內(nèi)管柱力學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)裝置方面的空白。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)架、試件及其密封系統(tǒng)、加載與傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；
[0007]所述機(jī)架，包括主受力柱、兩根輔助導(dǎo)向立柱及下臺板，主受力柱與兩根輔助導(dǎo)向立柱通過抗扭支撐架連接形成三腳架結(jié)構(gòu)，其中主受力柱采取三段式結(jié)構(gòu)，并使用直口定位、法蘭連接方式固定，主受力柱與下臺板之間采用直口定位、法蘭連接方式接合，輔助導(dǎo)向立柱利用脹緊套固定連接在下臺板上。
[0008]所述試件及其密封系統(tǒng)，包括兩塊固定板，石英玻璃套管、內(nèi)鋼油管及套管密封總成;所述固定板連接在兩輔助導(dǎo)向立柱之間，并通過固定套軸向定位，石英玻璃套管的兩端分別利用套管密封總成鎖定在兩固定板之間；所述內(nèi)鋼油管置于石英玻璃套管中心，內(nèi)鋼油管下端通過固定在下臺板上的下三爪卡盤夾緊固定，上端通過上三爪卡盤夾緊固定。
[0009]所述加載與傳動系統(tǒng)，包括拉壓力加載與傳動系統(tǒng)、扭矩載荷加載與傳動系統(tǒng)、抗拉扭載荷相互影響系統(tǒng)及彎矩載荷加載與傳動系統(tǒng)。
[0010]所述拉壓力加載與傳動系統(tǒng)，包括第一電機(jī)減速器、頂橫梁、第一軸承箱總成、滾珠絲杠總成、上移動梁及直線軸承，所述頂橫梁水平固定在兩輔助導(dǎo)向立柱之間，第一電機(jī)減速器固定在頂橫梁正中，上移動梁兩端通過直線軸承連接在機(jī)架的兩輔助導(dǎo)向立柱間；第一電機(jī)減速器的輸出軸與第一軸承箱總成的傳動軸鍵連接，第一軸承箱總成的傳動軸下端與滾珠絲杠總成的上端固定連接，滾珠絲杠總成的下端固定在上移動梁上。
[0011]所述扭矩載荷加載與傳動系統(tǒng)，包括下移動梁、第二電機(jī)減速器、減速器安裝梁、扭矩傳感器、驅(qū)動軸、移動導(dǎo)柱，所述下移動梁固定連接在兩輔助導(dǎo)向立柱之間，兩輔助導(dǎo)向立柱之間通過直線軸承還連接有減速器安裝梁，在減速器安裝梁中心固定第二電機(jī)減速器，第二電機(jī)減速器的輸出軸通過第一聯(lián)軸節(jié)與扭矩傳感器固定連接，扭矩傳感器的下端通過第二聯(lián)軸節(jié)與驅(qū)動軸固定連接，驅(qū)動軸的下端穿過下移動梁;上述上移動梁的下方還固定兩根移動導(dǎo)柱，移動導(dǎo)柱的另一端固定在下移動梁上。
[0012]所述抗拉扭載荷相互影響系統(tǒng)，包括第二軸承箱總成，所述第二軸承箱總成固定在驅(qū)動軸上，驅(qū)動軸末端與上三爪卡盤固結(jié)。
[0013]所述彎矩載荷加載與傳動系統(tǒng)，包括電動推缸安裝總成，該電動推缸安裝總成包括電動推缸、鋼絲、S型力傳感器及玻璃管接頭，電動推缸由定位環(huán)固定在主受力柱上，玻璃管接頭套接在石英玻璃套管上，玻璃管接頭體上設(shè)置鋼絲孔，鋼絲的一端系在內(nèi)鋼油管上，并從玻璃管接頭的鋼絲孔中伸出，鋼絲另一端與S型力傳感器相連，S型力傳感器的另一端與電動推缸的輸出端固定連接。
[0014]所述控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、負(fù)荷傳感器連接總成、扭矩傳感器、拉扭傳感器，所述負(fù)荷傳感器連接總成，包括負(fù)荷傳感器、連接板，連接板左右兩端螺栓連接負(fù)荷傳感器，并用螺母鎖緊，將負(fù)荷傳感器固定在下移動梁的底部，連接板中部設(shè)置法蘭連接孔，第二軸承箱總成上端以法蘭連接形式與負(fù)荷傳感器總成連接;所述拉扭傳感器的底端固定在下底板上，其上端通過卡盤連接件與下三爪卡盤固定連接。
[0015]本發(fā)明有如下有益效果:
[0016]1.本裝置使用時對油田所用油套管進(jìn)行按比例縮小，降低了管柱力學(xué)實(shí)驗(yàn)的成本及規(guī)模，實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)即可進(jìn)行，便于各高校及研究機(jī)構(gòu)采用。
[0017]2.本裝置采用獨(dú)立加載各載荷的方法，能夠?qū)ν辉嚇油瑫r施加拉/壓力及扭矩、彎矩等載荷，并可隔離拉/壓力與扭矩的相互影響，滾珠絲杠安裝總成將輸出的驅(qū)動扭矩與推力相互轉(zhuǎn)化，其驅(qū)動扭矩極低，滾珠絲杠配合伺服電機(jī)使用確保了傳動效率及精度，整機(jī)效率達(dá)90%以上，能較好地節(jié)省能源。
[0018]3.本裝置機(jī)體采用多梁三立柱式結(jié)構(gòu)，主受力柱與下臺板形成一個整體，下臺板與地面用地腳螺栓固定，能確保整機(jī)穩(wěn)定性;輔助導(dǎo)向立柱與主受力柱之間使用抗扭支撐架連接，三者形成一個三腳架結(jié)構(gòu)，提高了整機(jī)穩(wěn)定性;輔助導(dǎo)向立柱起到導(dǎo)向作用，與下臺板之間采用脹緊套連接方式連接，具有加工安裝簡單、使用壽命長、工作時不產(chǎn)生磨損等優(yōu)點(diǎn)，且對于精密儀器傳動無偏重現(xiàn)象。同時，脹套連接可以傳遞一定載荷，而傳遞扭矩時超過上限后將會失去連接作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這可以保護(hù)設(shè)備驅(qū)動端不會因人為誤操作而導(dǎo)致輸出軸扭矩超載。脹套連接方式可以承受多重載荷，結(jié)構(gòu)也可以做成多種形式。
[0019]4.本裝置所用套管密封總成中密封油套環(huán)空的部件使用聚四氟材料制成，聚四氟密封部件采用間隙密封原理，摩擦系數(shù)較小，在確保密封效果的同時大大降低了模擬油管與密封部件之間的接觸摩擦力，并且摩擦力較為固定，實(shí)驗(yàn)時可在系統(tǒng)中將此摩擦力從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中清除，保證了拉壓力和扭矩等載荷的加載精度;需要模擬油管在介質(zhì)內(nèi)的工作時可將快速接頭與栗連接，向油套環(huán)空內(nèi)充入相應(yīng)壓力的相應(yīng)介質(zhì)。
[0020]5.用于模擬套管的石英玻璃管采用兩段式直口連接，兩端玻璃管之間用開有鋼絲孔的法蘭接頭連接，實(shí)驗(yàn)時可將鋼絲系在油管上，從接頭的鋼絲孔中伸出，鋼絲另一端與伺服電動推缸相連，使用一定載荷拉拽鋼絲。能較為便捷地實(shí)現(xiàn)對油管定點(diǎn)施加定量彎矩的功能，接頭位置可以自由調(diào)整，以便于調(diào)整彎矩施加位置，需要模擬帶有封隔器、水力錨等井下工具的油管在套管內(nèi)的變形時可特殊設(shè)計(jì)接頭，在接頭內(nèi)部安置模擬封隔器、水力錨的特殊元件，同時將套管結(jié)構(gòu)改成多段連接式，完成不同類型管柱的模擬。
[0021]綜上所述，本申請的應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)巧妙，易于實(shí)現(xiàn)管柱在同時受到拉/壓載荷和彎矩扭矩的情況下受力變形實(shí)驗(yàn)，并能實(shí)現(xiàn)管內(nèi)帶壓實(shí)驗(yàn)等功能，同時，以多段式石英玻璃管模擬套管，便于觀察油管的變形情況，且便于擴(kuò)展至帶有不同井下工具的不同類型管柱的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。而且對油田管柱進(jìn)行按比例縮放處理，降低了實(shí)驗(yàn)的成本和規(guī)模，使之可以在室內(nèi)進(jìn)行，便于各研究機(jī)構(gòu)或高校進(jìn)行管柱力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，具有極大的實(shí)際應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0022]圖1A是本發(fā)明的應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置的總裝圖。
[0023]圖1B是本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)標(biāo)注的總裝圖。
[0024]圖2是機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是試件及其密封系統(tǒng)與機(jī)架連接關(guān)系示意圖。
[0026]圖4是圖3中A的局部放大圖。
[0027]圖5是圖3中B的局部放大圖。
[0028]圖6是拉壓力加載與傳動系統(tǒng)與機(jī)架連接關(guān)系圖。
[0029]圖7是扭矩載荷加載與傳動系統(tǒng)與機(jī)架連接關(guān)系圖。
[0030]圖8是圖7中I部的局部放大圖。
[0031 ]圖9是抗拉扭載荷相互影響系統(tǒng)與機(jī)架連接關(guān)系圖。
[0032]圖10是圖9中A部的局部放大圖。
[0033]圖11第二軸承箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖12是彎矩載荷加載與傳動系統(tǒng)與機(jī)架連接關(guān)系圖。
[0035]圖13是圖11中I部的局部放大圖。
[0036]圖14是負(fù)荷傳感器連接總成與機(jī)架的連接關(guān)系圖。
[0037]圖15是圖14中I部的局部放大圖。
[0038]圖16是圖14中A部的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明:
[0040]由圖1A所示:一種應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)架1、試件及其密封系統(tǒng)2、加載與傳動系統(tǒng)3及控制系統(tǒng)4。
[0041]由圖2所示:所述機(jī)架I，包括主受力柱1-0、兩根輔助導(dǎo)向立柱1-3及下臺板1-1，主受力柱1-0與兩根輔助導(dǎo)向立柱1-3通過抗扭支撐架1-4連接形成三腳架結(jié)構(gòu)，其中主受力柱1-0采取三段式結(jié)構(gòu)，并使用直口定位、法蘭連接方式固定，主受力柱1-0與下臺板1-1之間采用直口定位、法蘭連接方式接合，輔助導(dǎo)向立柱1-3利用脹緊套1-2固定連接在下臺板
1-1上，由此而成的整機(jī)結(jié)構(gòu)為多梁式三柱立式結(jié)構(gòu)。
[0042]由圖3結(jié)合圖4、圖5所示:所述試件及其密封系統(tǒng)2，包括兩塊固定板2-0，石英玻璃套管2-4、內(nèi)鋼油管2-5、套管密封總成2-1;所述固定板2-0在兩輔助導(dǎo)向立柱1-3之間連接，并通過固定套2-3完成軸向定位，石英玻璃套管2-4的兩端分別利用套管密封總成2-1固定在兩固定板2-0之間；所述內(nèi)鋼油管2-5置于石英玻璃套管2-4中心，內(nèi)鋼油管2-5下端通過安裝在下臺板1-1上的下三爪卡盤2-2固定，上端則通過上三爪卡盤2-6夾緊固定。
[0043]由圖1B所示:所述加載與傳動系統(tǒng)3，包括拉壓力加載與傳動系統(tǒng)3-1、扭矩載荷加載與傳動系統(tǒng)3-2、抗拉扭載荷相互影響系統(tǒng)3-3及彎矩載荷加載與傳動系統(tǒng)3-4。
[0044]由圖6所示:所述拉壓力加載與傳動系統(tǒng)3-1，包括第一電機(jī)減速器3-1-6、頂橫梁3-1-4、第一軸承箱總成3-1-3、滾珠絲杠總成3-1-2、上移動梁3-1-1及直線軸承3-1-7，所述頂橫梁3-1-4水平固定在兩輔助導(dǎo)向立柱1-3之間，第一電機(jī)減速器3-1-6利用減速器連接件3-1-5固定在頂橫梁3-1-4中心，上移動梁3-1-1兩端通過直線軸承3-1-7連接在兩輔助導(dǎo)向立柱1-3間；第一電機(jī)減速器3-1-6的輸出軸與第一軸承箱總成3-1-3的傳動軸鍵連接，第一軸承箱總成3-1-3的傳動軸下端與滾珠絲杠總成3-1-2的上端固定連接，滾珠絲杠總成3-1_2的下端固定在上移動梁3_1-1上。
[0045]上述第一電機(jī)減速器3-1-6輸入的扭矩通過第一軸承箱總成3-1-3傳遞到滾珠絲杠總成3-1-2上，滾珠絲杠總成3-1-2可以將該扭矩轉(zhuǎn)化為直線載荷，并由第一軸承箱總成
3-1-3完成軸向限位。這樣滾珠絲杠推動下方部件產(chǎn)生的反力全部由第一軸承箱總成3-1-3內(nèi)的推力軸承承受，最終作用到頂橫梁上3-1-4，不會對第一電機(jī)減速器3-1-6產(chǎn)生影響。
[0046]上述第一電機(jī)減速器3-1-6的伺服電機(jī)通過減速機(jī)輸出軸輸出驅(qū)動扭矩，并利用滾珠絲杠總成3-1-2將驅(qū)動扭矩轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動傳遞給上移動梁3-1-1，上移動梁3-1-1在直線軸承的保護(hù)下沿著直線導(dǎo)軌(輔助導(dǎo)向立柱1-3)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對試件拉壓力的施加。滾珠絲杠總成3-1-2機(jī)械傳動精度較高，驅(qū)動扭矩較低，能夠較容易地實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動之間的轉(zhuǎn)換。其驅(qū)動扭矩和直線運(yùn)動推力之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可由絲杠效率與導(dǎo)程求得。
[0047]由圖7結(jié)合圖8、圖15所示:所述扭矩載荷加載與傳動系統(tǒng)3-2，包括下移動梁3-2-
1、第二電機(jī)減速器3-2-3、減速器安裝梁3-2-2、扭矩傳感器3-2-6、驅(qū)動軸3_2_7、移動導(dǎo)柱3_2_4，所述下移動梁3-2-1固定連接在兩輔助導(dǎo)向立柱1-3之間，下移動梁3_2_1上方的兩輔助導(dǎo)向立柱1-3之間通過直線軸承3-2-5連接有減速器安裝梁3-2-2，在減速器安裝梁3-2-2中間固定第二電機(jī)減速器3-2-3，第二電機(jī)減速器3-2-3的輸出軸通過第一聯(lián)軸節(jié)3-2-8與扭矩傳感器3-2-6固定連接，扭矩傳感器3-2-6的下端通過第二聯(lián)軸節(jié)3-2-9與驅(qū)動軸3-
2-7固定連接，驅(qū)動軸3-2-7的下端穿過下移動梁3-2-1;所述上移動梁3-1-1的下方還固定兩根移動導(dǎo)柱3_2_4，移動導(dǎo)柱3_2_4的另一端固定在下移動梁3_2_1上。第一電機(jī)減速器3-1-6傳遞給上移動梁3-1-1的拉壓力通過移動導(dǎo)柱3-2-4傳遞給下移動梁3-2-1。
[0048]由圖9結(jié)合圖10所示:所述抗拉扭載荷相互影響系統(tǒng)3-3，包括第二軸承箱總成3-
3-3，所述第二軸承箱總成3-3-3與驅(qū)動軸3-2-7固定連接，驅(qū)動軸3_2_7末端通過卡盤連接件3-3-2與上三爪卡盤2-6固結(jié)，而上三爪卡盤2-6下方夾緊固定內(nèi)鋼油管2-5，所以第二軸承箱總成3-3-3傳遞第二電機(jī)減速器3-2-3的驅(qū)動扭矩，保證第二電機(jī)減速器3-2-3完成對試件扭矩的施加。
[0049]由圖11所示:上述第二軸承箱總成3-3-3，包括旋轉(zhuǎn)底盤11，鎖緊螺母12，下端蓋13，深溝球軸承14，壓蓋15，軸承箱16，推力軸承17及上端蓋18，使用推力軸承17與深溝球軸承14相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)拉壓力與扭矩同時加載時的互相隔離，以保證拉扭復(fù)合載荷的精確施加。
[0050]由圖12結(jié)合圖13所示:所述彎矩載荷加載與傳動系統(tǒng)3-4，包括電動推缸安裝總成，該電動推缸安裝總成包括電動推缸3-4-2、鋼絲3-4-5、S型力傳感器3-4-3及玻璃管接頭3-4-4，電動推缸3-4-2由定位環(huán)3-4-1固定在主受力柱1_0上，玻璃管接頭3_4_4套接在石英玻璃套管2-4上，玻璃管接頭3-4-4體上設(shè)置鋼絲孔，鋼絲3-4-5的一端系在內(nèi)鋼油管上，并從玻璃管接頭3-4-4的鋼絲孔中伸出，鋼絲3-4-5另一端與S型力傳感器3-4-3相連，S型力傳感器3-4-3的另一端與電動推缸3-4-2的輸出端固定連接。
[0051]上述電動推缸安裝總成用于彎矩載荷的施加，通過電動推缸3-4-2軸向位置與載荷大小的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對管柱不同位置不同大小的彎矩載荷施加。
[0052]上述第一電機(jī)減速器3-1-6、第二電機(jī)減速器3-2-3與電動推缸3-4-2之間的驅(qū)動采用單獨(dú)控制模式，可以實(shí)現(xiàn)拉/壓力、彎矩、扭矩等載荷的同步施加。而且第一電機(jī)減速器
3-1-6、第二電機(jī)減速器3-2-3與電動推缸3-4-2所用電機(jī)均為伺服電機(jī)。
[0053]所述控制系統(tǒng)4，包括計(jì)算機(jī)、負(fù)荷傳感器連接總成、扭矩傳感器3-2-6、拉扭傳感器4-5，由圖14結(jié)合圖15、圖16所示:所述負(fù)荷傳感器連接總成，包括負(fù)荷傳感器4-1、連接板
4-2，連接板4-2左右兩端螺栓4-3連接負(fù)荷傳感器4-1，并用螺母4-4鎖緊，將負(fù)荷傳感器4-1固定在下移動梁3-2-1的底部，連接板4-2中部設(shè)置法蘭連接孔，第二軸承箱總成上端以法蘭連接形式與負(fù)荷傳感器總成連接；由圖4所示:所述拉扭傳感器4-5的底端固定在下臺板1-1上，其上端通過卡盤連接件與下三爪卡盤2-2固定連接。
[0054]所述計(jì)算機(jī)給出所需要施加的載荷后，向各伺服電機(jī)發(fā)送控制命令，伺服電機(jī)步進(jìn)施加規(guī)定載荷，載荷施加過程中通過負(fù)荷傳感器4-1、扭矩傳感器3-2-6、拉扭傳感器4-5及S型力傳感器3-4-3分別同步測定試件夾持端的拉壓力、扭矩、彎矩等反力，并以此為基準(zhǔn)判斷載荷施加是否準(zhǔn)確并加以實(shí)時修正，實(shí)現(xiàn)控制功能。
[0055]控制系統(tǒng)所用測控軟件基于Windows平臺，采用恒應(yīng)力實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?、恒?yīng)變實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?、用戶自定義模式等多種實(shí)驗(yàn)方式可選，載荷可以選擇如正弦波、方波、三角波等標(biāo)準(zhǔn)脈沖載荷以及自定義幅值曲線的載荷。實(shí)驗(yàn)完成后可以輸出負(fù)荷時間曲線、負(fù)荷位移曲線、位移時間曲線、扭矩扭角曲線、扭矩時間曲線、扭角時間曲線等多種數(shù)據(jù)曲線，還可以輸出相應(yīng)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)報告。全部實(shí)驗(yàn)參數(shù)均可以通過計(jì)算機(jī)采集和處理，由屏幕實(shí)時顯示測試過程和相應(yīng)結(jié)果。
[0056]當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)減速器3-1-6與第二電機(jī)減速器3-2-3同時工作時，第一電機(jī)減速器3_1-6產(chǎn)生的驅(qū)動扭矩通過滾珠絲杠總成3-1-2轉(zhuǎn)換為拉壓力載荷，作用在上移動梁3-1-1上，并通過移動導(dǎo)柱3-2-4同步傳遞到下移動梁3-2-1上，下移動梁3-2-1底部連接的負(fù)荷傳感器總成推動第二軸承箱總成3-3-3，第二軸承箱總成3-3-3內(nèi)部的推力軸承17將載荷作用在與驅(qū)動軸3-2-7固結(jié)的上三爪卡盤2-6上，從而將拉壓力載荷傳遞給試件及其密封系統(tǒng)2。而第二電機(jī)減速器3-2-3施加扭矩載荷傳遞給驅(qū)動軸3-2-7，拉壓力對扭矩施加時的影響僅為推力軸承17在受壓情況下旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動扭矩，由于所用推力軸承17在受載時的驅(qū)動扭矩極低，故第二軸承箱總成3-3-3的設(shè)計(jì)可大致消除扭矩與拉壓力載荷的相互影響，做到真正意義上的拉/壓、彎、扭同時加載且互不干擾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置，包括機(jī)架、試件及其密封系統(tǒng)、加載與傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述機(jī)架，包括主受力柱、兩根輔助導(dǎo)向立柱及下臺板，主受力柱與兩根輔助導(dǎo)向立柱通過抗扭支撐架連接形成三腳架結(jié)構(gòu)，三腳架結(jié)構(gòu)與下臺板固定連接； 所述試件及其密封系統(tǒng)，包括兩塊固定板，石英玻璃套管、內(nèi)鋼油管及套管密封總成；所述固定板連接在兩輔助導(dǎo)向立柱之間，石英玻璃套管的兩端分別利用套管密封總成鎖定在兩固定板之間；所述內(nèi)鋼油管置于石英玻璃套管中心，內(nèi)鋼油管下端通過固定在下臺板上的下三爪卡盤夾緊固定，上端通過上三爪卡盤夾緊固定； 所述加載與傳動系統(tǒng)，包括拉壓力加載與傳動系統(tǒng)、扭矩載荷加載與傳動系統(tǒng)、抗拉扭載荷相互影響系統(tǒng)及彎矩載荷加載與傳動系統(tǒng)； 所述拉壓力加載與傳動系統(tǒng)，包括第一電機(jī)減速器、頂橫梁、第一軸承箱總成、滾珠絲杠總成、上移動梁及直線軸承，所述頂橫梁水平固定在兩輔助導(dǎo)向立柱之間，第一電機(jī)減速器固定在頂橫梁正中，上移動梁兩端通過直線軸承連接在機(jī)架的兩輔助導(dǎo)向立柱間；第一電機(jī)減速器的輸出軸與第一軸承箱總成的傳動軸鍵連接，第一軸承箱總成的傳動軸下端與滾珠絲杠總成的上端固定連接，滾珠絲杠總成的下端固定在上移動梁上； 所述扭矩載荷加載與傳動系統(tǒng)，包括下移動梁、第二電機(jī)減速器、減速器安裝梁、扭矩傳感器、驅(qū)動軸、移動導(dǎo)柱，所述下移動梁固定連接在兩輔助導(dǎo)向立柱之間，兩輔助導(dǎo)向立柱之間通過直線軸承還連接有減速器安裝梁，在減速器安裝梁中心固定第二電機(jī)減速器，第二電機(jī)減速器的輸出軸通過第一聯(lián)軸節(jié)與扭矩傳感器固定連接，扭矩傳感器的下端通過第二聯(lián)軸節(jié)與驅(qū)動軸固定連接，驅(qū)動軸的下端穿過下移動梁;所述上移動梁的下面還固定兩根移動導(dǎo)柱，移動導(dǎo)柱的另一端固定在下移動梁上； 所述抗拉扭載荷相互影響系統(tǒng)，包括第二軸承箱總成，所述第二軸承箱總成固定在驅(qū)動軸上，驅(qū)動軸末端與上三爪卡盤固結(jié)； 所述彎矩載荷加載與傳動系統(tǒng)，包括電動推缸安裝總成，該電動推缸安裝總成包括電動推缸、鋼絲、S型力傳感器及玻璃管接頭，電動推缸由定位環(huán)固定在主受力柱上，玻璃管接頭套接在石英玻璃套管上，玻璃管接頭體上設(shè)置鋼絲孔，鋼絲的一端系在內(nèi)鋼油管上，并從玻璃管接頭的鋼絲孔中伸出，鋼絲另一端與S型力傳感器相連，S型力傳感器的另一端與電動推缸的輸出端固定連接； 所述控制系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、負(fù)荷傳感器連接總成、扭矩傳感器、拉扭傳感器，所述負(fù)荷傳感器連接總成，包括負(fù)荷傳感器、連接板，連接板左右兩端螺栓連接負(fù)荷傳感器，并用螺母鎖緊，將負(fù)荷傳感器固定在下移動梁的底部，連接板中部設(shè)置法蘭連接孔，第二軸承箱總成上端以法蘭連接形式與負(fù)荷傳感器總成連接;所述拉扭傳感器的底端固定在下臺板上，其上端通過卡盤連接件與下三爪卡盤固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于管柱力學(xué)行為研究的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述主受力柱采取三段式結(jié)構(gòu)，并使用直口定位、法蘭連接方式固定，主受力柱與下臺板之間采用直口定位、法蘭連接方式接合，輔助導(dǎo)向立柱利用脹緊套固定連接在下臺板上。
【文檔編號】G01N3/08GK205538479SQ201620360238
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】王尊策, 溫后珍, 曹夢雨, 李森, 徐艷, 閆月娟
【申請人】東北石油大學(xué)