一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机的制作方法

1.本发明涉及一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，是一种用于油气钻采管柱疲劳耐久性测试的共振弯曲疲劳试验装置。


背景技术：

2.油气管柱是油气钻采关键装备，主要包括隔水管、钻杆、立管、套管、井口等。油气管柱在实际工作中，受到作业载荷、环境载荷等动态载荷的影响，易发生疲劳失效事故。为了准确预报并提高油气管柱疲劳寿命，保证作业安全，需要进行油气管柱疲劳耐久性测试，确定油气管柱的疲劳性能s
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n曲线。疲劳试验方法主要包括拉伸法、四点弯曲法、旋转弯曲法、共振弯曲法等，其中，共振弯曲疲劳试验法具有效率高、能耗低等优点，在油气管柱特别是大型油气管柱疲劳试验中具有较好的应用前景。为此，提出了一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，适用于不同尺寸的油气管柱共振弯曲疲劳试验，为油气管柱疲劳试验提供一种行之有效的试验装备。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，该试验机的电动机提供动力源，支撑系统支撑试件，通过传动系统驱动油气管柱试件，试验过程中调节激励频率，保障试件达到共振弯曲。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，其特征在于：它包括支撑系统、传动系统、监测系统、试件、防护罩。
5.所述一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，所述支撑系统与所述传动系统相互独立，所述油气管柱共振疲劳试验机自右往左依次是传动系统和支撑系统，所述试件固定在所述支撑系统上，所述监测系统安装在中部位置，在进行试验时，将试件、传动系统和支撑系统全部放置在所述防护罩内，保证试验的安全性。
6.所述支撑系统包括支撑轮胎、底板、连接轴、锁紧支座、支撑结构、轮胎轴，在试件共振过程中起到支撑、固定和缓冲作用，其中所述两个轮胎轴分别固定于所述底板两端，所述轮胎对称固定在所述轮胎轴上，实现对于所述支撑系统的支撑。所述底板开有等距的孔，所述锁紧支座通过螺栓可以安装在所述底板的不同孔位上，以实现所述锁紧支座之间距离的有级调节，所述支撑结构包括支撑板和连接轴，通过所述连接轴与所述锁紧支座铰接，所述支撑结构在所述底板上对称安装。
7.所述传动系统包括电机、联轴器、偏心质量块、附加质量块、法兰盘、三爪卡盘、轴承、传动轴、静载室、联接键，起到对试件施加动力驱动的作用。所述电机通过所述联轴器与所述传动轴相连，所述两偏心质量块通过所述联接键配合安装在所述传动轴上，所述联接键开有间隔一定角度的键槽，以实现所述两偏心质量块不同夹角的配合，从而调节离心力，实现对试验振动的有效控制。所述传动轴与所述轴承内径过盈连接，所述法兰盘与所述轴承外径过盈连接，所述三爪卡盘夹紧试件一端，与所述法兰盘通过螺栓固定，将所述电机与
所述偏心质量块配合产生的的激励载荷传递给试件，所述三爪卡盘加紧所述试件，用以改变试件共振时的模态波节点位置，使得波节点位置远离试件端部，便于更好支撑，所述静载室安装在所述试件左端。
8.所述监测系统包括应变采集系统和贯穿裂纹监测及控制系统。
9.本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用可移动式支撑设计，能够支撑大质量、大尺寸试件，能够根据试件的尺寸改变支撑系统的位置，具有较好的适用性和灵活性；2、本发明可以通过改变电动机的转动速度，适配试件的共振频率，同时通过调整附加质量块的质量，施加不同的激励载荷，可同时实现激励载荷的调频和调幅，满足不同尺寸试件共振弯曲试验的激励载荷要求，具有较强的通用性；3、本发明设计的支撑系统在进行支撑尺寸调节时能保证试件的圆心位于一条直线上，保证实验结果的准确度；4、机械式变形机构，结构简单，稳定性和可靠性比较高，可广泛应用于各种试件的疲劳试验中。
附图说明
10.图1为本发明的整体结构示意图。
11.图2为本发明的防护罩示意图。
12.图3为本发明的传动系统示意图。
13.图4为本发明的支撑系统示意图。
14.图5为本发明的支撑系统俯视图。
15.图6为本发明的偏心质量块示意图。
16.图中，1.电机，2.联轴器，3.轮胎，4.底板，5.传感器，6.试件，7.支撑结构，8.静载室，9.防护罩，10.三爪卡盘，11.法兰盘，12.轴承，13.偏心质量块，14.附加质量块，15.传动轴，16.支撑结构，17.锁紧支座。
具体实施方式
17.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
18.如图1所示，一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机自右往左依次是传动系统和支撑系统，试件6固定支撑结构7上，静载室8安装在试件6左端，用于改变试件波节点的位置，监测系统安装在中部位置。
19.如图1、图3所示，电机1固定在机架上，联轴器2将传动轴15与电机1连接起来，偏心块13通过键与传动轴15配合，附加质量块14通过螺栓固定到偏心质量块13上，轴承12与偏心质量块13过盈配合，法兰盘11的内径与轴承12的外径过盈配合，三转卡盘10与法兰盘11通过螺栓固定，三爪卡盘10夹持试件6与传动系统连接，传动系统通过改变附加质量块的质量14与电机1的转速改变对试件6施加的激励载荷。
20.如图1、图4、图5所示，轮胎3固定到底板4底部的两端，锁紧支座17通过螺栓固定在底板4所开的孔的位置，支撑结构16与锁紧支座17通过连接轴铰接，改变锁紧支座17在底板4的上的安装位置，实现不同的开合角度，从而支撑不同尺寸的试件。
21.如图6所示，偏心块13为矩形块结构，下端开有安装附加质量块14的连接孔。
22.在做实验过程中，可将试件6、传动装置和支撑装置全部放置于防护罩9内，保证实
验安全性。
23.本发明方法的有益效果是：
24.提出了一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，采用可移动式支撑设计，能够支撑大质量、大尺寸试件，能够根据试件的尺寸改变支撑系统的位置，具有较好的适用性和灵活性；本发明可以通过改变电动机的转动速度，适配试件的共振频率，同时通过调整附加质量块的质量，施加不同的激励载荷，可同时实现激励载荷的调频和调幅，满足不同尺寸试件共振弯曲试验的激励载荷要求，具有较强的通用性；本发明设计的支撑系统在进行支撑尺寸调节时能保证试件的圆心位于一条直线上，保证实验结果的准确度；机械式变形机构，结构简单，稳定性和可靠性比较高，可广泛应用于各种试件的疲劳试验中。
25.本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，其特征在于：它包括支撑系统、传动系统、监测系统、试件、防护罩，所述支撑系统与所述传动系统相互独立，所述油气管柱共振弯曲疲劳试验机自右往左依次是传动系统和支撑系统，所述试件固定在所述支撑系统上，所述监测系统安装在所述试件中部。在进行试验时，将试件、传动系统和支撑系统全部放置在所述防护罩内，保证试验的安全性。所述支撑系统包括支撑轮胎、底板、连接轴、锁紧支座、支撑结构、轮胎轴，在试件共振过程中起到支撑、固定和缓冲作用，其中所述两个轮胎轴分别固定于所述底板两端，所述轮胎对称固定在所述轮胎轴上，实现对于所述支撑系统的支撑。所述底板开有等距的孔，所述锁紧支座通过螺栓可以安装在所述底板的不同孔位上，以实现所述锁锁紧支座之间距离的有级调节，所述支撑结构包括支撑板和连接轴，通过所述连接轴与所述锁紧支座铰接，所述支撑结构在所述底板上对称安装，整体呈“m”形状。所述传动系统包括电机、联轴器、偏心质量块、附加质量块、法兰盘、三爪卡盘、轴承、传动轴、静载室、联接键，起到对试件施加动力驱动的作用。所述电机通过所述联轴器与所述传动轴相连，所述两偏心质量块通过所述联接键配合安装在所述传动轴上，所述联接键开有间隔一定角度的键槽，以实现所述两偏心质量块不同夹角的配合，从而调节离心力，实现对试验振动的有效控制。所述传动轴与所述轴承内径过盈连接，所述法兰盘与所述轴承外径过盈连接，所述三爪卡盘夹紧试件一端，与所述法兰盘通过螺栓固定，将所述电机与所述偏心质量块配合产生的的激励载荷传递给试件，所述三爪卡盘加紧所述试件，用以改变试件共振时的模态波节点位置，使得波节点位置远离试件端部，便于更好支撑，所述静载室安装在所述试件左端。所述监测系统包括应变采集系统和贯穿裂纹监测及控制系统。2.根据权利要求1所述一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述轮胎能够转动以实现支撑系统的移动，所述轮胎同时可以实现减振效果，降低由于振动对试验结果产生的影响，同时避免试件振动引起的事故。3.根据权利要求1与所述一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述锁紧支座通过与所述底板上的孔的配合，实现对支撑结构的开合角度的调节，使得所述支撑系统满足不同尺寸试件的使用要求；同时所述支撑系统设计采用的“m”型结构，还保证不同试件的圆心与电机轴心始终位于同一水平。4.根据权利要求1所述一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，其特征在于，所述偏心质量块下端开有两个孔，所述附加质量块通过螺栓安装在所述偏心质量块孔的位置，可以通过更换不同的所述质量块，实现为试件施加不同的激励载荷。

技术总结
本发明涉及一种用于油气管柱的共振弯曲疲劳试验机，属于机械零件疲劳耐久性试验技术领域，主要包括支撑系统、传动系统、监测系统。本发明采用可移动式支撑设计，能够根据试件的尺寸移动支撑结构的空间位置并且通过轮胎实现减振功能；试验机的支撑结构采用开合式设计，能够满足不同尺寸试件的测试需要，具有良好的适用性；试验机的传动部分可以通过改变电动机的转动速度，适配试件的共振频率，同时通过调整附加质量块的质量，施加不同的激励载荷，可同时实现激励载荷的调频和调幅，满足不同尺寸试件共振弯曲试验的激励载荷要求，具有较强的通用性；本发明简化了试验机的结构，提高了适用性，可广泛应用于各种试件的疲劳试验。验。验。


技术研发人员：刘秀全 李家仪 王仕超 时岩 陈国明 畅元江
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2021.04.23
技术公布日：2021/10/19