一种煤钻杆抗扭矩测试装置及方法与流程

1.本发明涉及测试设备技术领域，具体涉及一种煤钻杆抗扭矩测试装置及方法。


背景技术：

2.煤钻杆运行在高速旋转受轴向推力和旋转扭矩的使用环境，易发生变形和断裂故障，为了使得煤钻杆能够适用于矿井下高速旋转受轴向推力和旋转扭矩的使用环境，避免因轴向推力和旋转扭矩造成变形和断裂，确保煤钻杆在工作状态下不发生变形和断裂现象，需要对煤钻杆进行抗扭矩检测。
3.目前，有关测试设备都只是对煤钻杆在额定转速下进行抗扭矩检测，不能模拟煤钻杆受轴向推力和旋转扭矩的双重影响，试验无轴向推力的抗扭矩检测与实际工况相差太远，不能满足测量煤钻杆的实际使用状态。
4.由此可见，如何能够提高煤钻杆抗扭矩测试装置的可靠性为本领域需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对于现有煤钻杆抗扭矩测试装置存在可靠性不高的技术问题，本发明的目的在于提供一种煤钻杆抗扭矩测试装置，其通过对煤钻杆轴向推力和旋转扭矩进行加载，使得煤钻杆在轴向推力作用下进行抗扭矩，并将煤钻杆抗扭矩的状态实时进行检测和故障分析，大大提高了煤钻杆抗扭矩测试装置的可靠性，在此基础上，还给出了测试方法，很好地克服了现有技术所存在的问题。
6.为了达到上述目的，本发明提供的煤钻杆抗扭矩测试装置，包括煤钻杆，还包括控制台，动力装置，轴向施力装置，扭矩转速测试装置，加载装置；所述控制台驱动连接动力装置；所述动力装置，轴向施力装置和煤钻杆的一端依次连接，控制台控制动力装置通过轴向施力装置向煤钻杆施加扭矩力；所述煤钻杆的另一端与加载装置连接，加载装置对煤钻杆施加扭矩并通过轴向施力装置使得煤钻杆跟随动力装置发生抗扭矩；所述扭矩转速测试装置与煤钻杆进行连接，实时检测煤钻杆的抗扭矩状态；所述扭矩转速测试装置与控制台连接，将检测到煤钻杆的状态数据发送至控制台以对煤钻杆进行故障分析。
7.进一步地，所述动力装置，轴向施力装置，煤钻杆，扭矩转速测试装置，加载装置设置于固定台架上并中心高度保持一致。
8.进一步地，所述动力装置包括变频电动机，变频器；所述变频器与变频电动机进行连接，通过变频器来调节变频电动机的输入频率。
9.进一步地，所述轴向施力装置包括第一轴和第一角接触球轴承；所述左轴一端与变频电动机相连，另一端与第一角接触球轴承连接，通过变频电机依次驱动左轴进行转动，左轴通过角接触球轴承驱动煤钻杆进行扭矩，使煤钻杆处于旋转扭矩状态。
10.进一步地，所述轴向施力装置还包括连接盘，施力螺栓，加力板，拉压力传感器；左轴一端与变频电动机相连，另一端依次从连接盘，加力板，拉压力传感器中心无接触穿过并
与第一角接触球轴承相连接；所述施力螺栓放置于连接盘内部；通过丝杠调节在左轴给进量，给左轴实施轴向力，并依次将轴向力通过加力板，拉压力传感器，第一角接触球轴承传输给煤钻杆，使煤钻杆处于受轴向推力状态。
11.进一步地，所述加载装置包括磁粉制动器，电流调节器；所述电流调节器与控制台进行连接，所述电流调节器与磁粉制动器进行配合连接；所述磁粉制动器与煤钻杆进行连接；通过控制台调节电流调节器，使得磁粉制动器给煤钻杆提供扭矩。
12.进一步地，所述扭矩转速测试装置包括扭矩转速传感器、连接法兰、右轴、第二轴承座、第二角接触球轴承；所述右轴一端穿过法兰，扭矩转速传感器并与磁粉制动器进行相连，另一端与第二角接触球轴承相连；所述第二角接触球轴承与煤钻杆进行连接；所述扭矩转速传感器与控制台连接，将检测到煤钻杆的抗扭矩数据传输至控制台，控制台对其进行故障分析。
13.为了达到上述目的，本发明提供的一种煤钻杆抗扭矩测试装置的测试方法；包括：
14.通过对煤钻杆的两端分别进行轴向推力和旋转扭矩的加载，使得煤钻杆在轴向推力作用下进行抗扭矩状态；
15.同时，对煤钻杆在轴向推力作用下抗扭矩状态时的数据进行收集并形成信号发送给控制台；
16.控制台对收集的数据进行分析和判断。
17.进一步地，通过传感器对煤钻杆在轴向推力作用下抗扭矩状态时的数据进行收集。
18.进一步地，控制台通过计算模块对数据进行计算，能够对煤钻杆扭矩状态时的数据进行分析，并可判断煤钻杆变形和断裂故障。
19.本发明提供的煤钻杆抗扭矩测试装置，其通过对煤钻杆轴向推力和旋转扭矩进行加载，使得煤钻杆在轴向推力作用下进行抗扭矩，其能够模拟煤钻杆受轴向推力和旋转扭矩的双重影响，同时将煤钻杆抗扭矩的状态实时进行检测和故障分析，大大提高了装置的可靠性。
附图说明
20.以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
21.图1为本煤钻杆抗扭矩测试装置的整体结构示意图。
22.下面为附图中的部件标注说明：
23.100.动力装置200.轴向施力装置300.扭矩转速测试装置400.加载装置500.固定台架600.煤钻杆700.控制台110.变频电动机210.左连接盘220.施力螺栓230.左轴240.左右加力板250.螺栓260.拉压力传感器270.轴承左端加力板280.第一角接触球轴承281.第一轴承座290.第一更换接头310.扭矩转速传感器320.连接法兰330.右轴340.第二轴承座350.第二角接触球轴承360.第二更换接头410.磁粉制动器
具体实施方式
24.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
25.针对于现有煤钻杆抗扭矩测试装置只是对煤钻杆在额定转速下进行抗扭矩试验，不能模拟煤钻杆受轴向推力和旋转扭矩的双重影响，因此不能满足测量煤钻杆的实际使用状态；为此，本方案提供了一种煤钻杆抗扭矩测试装置，其能够模拟煤钻杆受轴向推力和旋转扭矩的双重影响，进一步地提高了装置的可靠性。
26.本方案提供的煤钻杆抗扭矩测试装置，参见图1，其包括控制台700，动力装置100，轴向施力装置200，扭矩转速测试装置300，加载装置400，固定台架500以及煤钻杆600。
27.其中，控制台700控制动力装置100通过轴向施力装置200向煤钻杆600施加扭矩力；加载装置400对煤钻杆600施加扭矩并通过轴向施力装置200使得煤钻杆600跟随动力装置100发生抗扭矩；扭矩转速测试装置300对煤钻杆600的转速和扭矩进行实时检测。
28.进一步地，固定台架500为一平台结构，其为安装体，具体用于安装动力装置100，轴向施力装置200，煤钻杆600，扭矩转速测试装置300，加载装置400；通过与固定台架500的固定安装保持各个部件之间中心高度一致。
29.这里固定台架500的具体结构不做限定，也可为其它的结构，例如垂直结构，左右结构等等，只要可以安装动力装置100，轴向施力装置200，扭矩转速测试装置300，加载装置400，煤钻杆600即可，具体的就不加以详细的赘述。
30.动力装置100设置在固定台架500上，其上设有内花键，轴向施力装置200的左轴上设有外花键，通过动力装置100上的内花键与轴向施力装置200的外花键进行键连接，可通过键连接向轴向施力装置200传递动力；动力装置100是由变频电动机110，变频器组成。
31.变频器与变频电动机100进行连接，用于调节变频电动机100的输入频率；其中，本方案中变频电动机100优选采用18kw变频调速电机，变频器使用22kw/660v，通过采用输出功率差不多的变频电动机100和变频器相互匹配，能够大大提高动力装置在使用时的稳定性。
32.动力装置100可提供的调节范围为(0～1500)r/min任意转速和(0～18)kw任意功率。
33.轴向施力装置200设置在固定台架500上，其一端与动力装置100进行键连接，另一端与煤钻杆600进行连接；轴向施力装置200用于将动力装置100的动力传输至煤钻杆600，驱动煤钻杆600进行旋转。
34.轴向施力装置200包括左连接盘210，施力螺栓220，左轴230，左右加力板240，拉压力传感器260，轴承左端加力板270，第一角接触球轴承280。
35.具体的，左轴230从左连接盘210，施力螺栓220，左右加力板240，拉压力传感器260，轴承座端加力板270中心穿过，左轴230一端通过外花键与变频电动机110相连，一端通过过盈配合与第一角接触球轴承280的内圈相连接；第一角接触球轴承280通过第一更换接头290与煤钻杆的左端进行相连。
36.通过变频电机110依次驱动左轴230进行转动，左轴230通过第一角接触球轴承280驱动煤钻杆600进行扭矩，完成煤钻杆600的扭矩状态。
37.这里需要说明的是，左轴230是从左连接盘210，施力螺栓220，左右加力板240，拉压力传感器260，轴承座端加力板270中心无接触穿过，无接触穿过能够保证左轴230随变频电机110旋转时，仅第一角接触球轴承280内圈受力旋转，其他部件固定。
38.进一步地，施力螺栓220放置于左连接盘210内部，施力螺栓220左端可以通过丝杠
调节在左轴230给进量；施力螺栓220的右端与左右加力板240进行接触连接；左右加力板240与拉压力传感器260进行配合连接。
39.通过丝杠匀速调节施力螺栓220在左轴230的给劲量，施力螺栓220可在左轴230上进行转动，即调节施力螺栓220通过在左轴230上进行转动来给左轴230实施轴向推力，将轴向力通过左右加力板240施加到拉压力传感器260的左端。
40.轴承左端加力板270与第一角接触球轴承280进行配合连接；拉压力传感器260将轴向力通过轴承左端加力板270施加在第一角接触球轴承280的外圈上。
41.进一步地，第一角接触球轴承280通过第一轴承座281设置在固定台架500上，同时并通过三根螺栓250将左连接盘210，左右加力板240，第一轴承座281固定在一起，起承受轴向力的作用。
42.第一角接触球轴承280通过设置第一更换接头290与煤钻杆的左端进行相连，将轴向力传输给煤钻杆600。
43.因此，通过上述部件构成的轴向施力装置，其可通过丝杠匀速调节施力螺栓220在左轴230的给进量给左轴230实施轴向推力，将轴向力依次传输给左右加力板240，拉压力传感器260，轴承左端加力板270，第一角接触球轴承280至煤钻杆600，完成煤钻杆600受轴向力的工作状态。
44.其次，轴向施力装置200还可通过与动力装置100配合，通过变频电机110驱动主轴230进行转动，并依次带动第一角接触球轴承280和煤钻杆600进行转动，完成煤钻杆扭矩的状态。
45.这里轴向施力装置200具体可提供调节范围为(0～200)kn的负荷。
46.加载装置400设置于固定台架500的另一端，用于给煤钻杆600提供合适的扭矩，其与动力装置100配合，通过轴向施力装置500形成的轴向推力似的煤钻杆600跟随动力装置100发生抗扭矩。
47.加载装置400包括磁粉制动器410，电流调节器；其中，电流调节器与控制台700进行连接，电流调节器与磁粉制动器410进行配合连接；磁粉制动器410与煤钻杆600进行连接。通过控制台700调节电流调节器，使得磁粉制动器410给煤钻杆600提供合适的扭矩，使得煤钻杆600在左轴230驱使的扭矩下通过磁粉制动器410使其处于抗扭矩状态，并自动记录煤钻杆600承受的转速和扭矩后传输至控制台700。
48.扭矩转速测试装置300为整个测试装置的测控中心，其用于测试煤钻杆600的转速和扭矩；扭矩转速测试装置300包括扭矩转速传感器310、连接法兰320、右轴330、第二轴承座340、第二角接触球轴承350、第二更换接头360。
49.具体的，右轴330一端穿过法兰320，扭矩转速传感器310并与磁粉制动器410进行相连，扭矩转速传感器310可实时检测待测试煤钻杆600的抗扭矩状态，并将检测到的数字信号发送至控制台700进行煤钻杆600的故障分析。
50.右轴330的另一端通过过盈配合和第二角接触球轴承350的内圈相连接；第二角接触球轴承350通过设置第二更换接头360与煤钻杆600的右端进行连接；第二角接触球轴承350通过第二轴承座340设置在固定台架500上。
51.在右轴330承受煤钻杆600的轴向推力时，通过第二角接触球轴承350的内圈将轴向力传递到外圈，利用第二轴承座340和连接法兰320受力，解决了扭矩转速传感器310无法
承受轴向力的问题。
52.扭矩转速测试装置300，可以显示(0～6000)r/min转速和(0～50)nm扭矩。
53.以下举例说明一下本方案在使用时的工作过程；这里需要说明下述内容只是本方案的一种具体应用示例，并不对本方案构成限定。
54.首先将轴向施力装置200的一端与动力装置100相连，另一端与煤钻杆600进行连接。扭矩转速测试装置300的一端与加载装置400相连，另一端与待煤钻杆600相连接。将上述设备设置在固定台架500上，保持各个部件之间中心高度一致，进行试运转，不能出现异常的左右摆动和上下晃动。
55.通过丝杠匀速调节施力螺栓220在左轴230的给进量，通过拉压力传感器260对煤钻杆600形成一定的推向力。
56.由控制台700控制变频电动机110驱动左轴230带动煤钻杆600进行运转；同时通过控制台700调节电流调节器，使得磁粉制动器410给煤钻杆600提供合适的扭矩，使得煤钻杆600处于抗扭矩状态，并自动记录待煤钻杆600承受的转速和扭矩；在该过程中，拉压力传感器260实时检测旋转过程中的轴向推力，并反馈给控制台700，控制台700根据实时的轴向推力数据发出指令给变频电动机110变速，控制轴向推力波动范围小于4％～6％。
57.另外，在抗扭矩试验过程中，扭矩转速传感器310可实时检测待测试煤钻杆的抗扭矩状态，并将检测到的数字信号发送至控制台700，控制台700内部具有数字计算模型，能够对煤钻杆600进行故障分析，并可自动判断煤钻杆变形和断裂故障，并对结果进行输出。
58.由上述方案构成的一种煤钻杆抗扭矩测试装置，结构紧凑、使用方便，集轴向推力和扭矩双重作用，有效模拟煤钻杆一定轴向推力下的抗扭矩环境，并检测煤钻杆扭矩、轴向推力和变形、断裂故障，大大提高了煤钻杆抗扭矩测试装置的可靠性。
59.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。