CN105841988A - 互为负载的升降试验机、升降试验系统及升降试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了互为负载的升降试验机、升降试验系统及升降试验方法，包括机架、马达执行模块和液压缸执行模块，所述马达执行模块安装于所述机架的一侧的外壁，所述液压缸执行模块安装于所述机架的内部。设置所述马达执行模块和液压缸执行模块，可进行顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置的整体承载能力的检测，从而在钻井平台升降装置的设计生产中可随时进行钻井平台升降装置的实际作业性能检测，无需到钻井平台现场装配才可进行检测，提高检测效率。而且所述马达执行模块和液压缸执行模块可互为负载，无需增加额外的负载，大大降低检测成本。

Description

互为负载的升降试验机、升降试验系统及升降试验方法

技术领域

本发明涉及钻井平台试验设备领域，尤其涉及互为负载的升降试验机、升降试验系统及升降试验方法。

背景技术

升降装置是自升式海洋钻井平台的关键部分，作用为让桩腿和船体作相对的上下运动，从而使得平台主体能上下移动并将其固定在桩腿的某一个位置。根据结构形式的不同，可分为顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置：顶升液压缸式升降装置采用顶升液压缸驱动桩腿升降，齿轮齿条式升降装置采用液压马达驱动齿轮实现桩腿升降。由于模拟载荷量大和检测成本高，目前大多采用现场装配升降装置进行检测或直接投入使用，没有在出厂安装前进行模拟测试，无法对升降装置的实际性能表现进行判定。虽然近年也出现了一些用于钻井平台升降装置的模拟试验设备，但只可单一地检测顶升液压缸式升降装置或齿轮齿条式升降装置，且需额外提供与钻井平台载荷量相等的大负载，检测效率低，检测成本大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可进行顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置的整体承载能力检测的互为负载的升降试验机、升降试验系统及升降试验方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种互为负载的升降试验机，包括机架、马达执行模块和液压缸执行模块，所述马达执行模块安装于所述机架的一侧的外壁，所述液压缸执行模块安装于所述机架的内部；

所述机架包括齿轮安装通孔、辊座安装支座和辊座，所述齿轮安装通孔设置于所述机架的中上部，所述辊座安装支座水平设置于所述机架的内部且位于所述齿轮安装通孔的下方，所述辊座安装于所述辊座安装支座上；

所述液压缸执行模块包括第一执行液压缸、第二执行液压缸和执行齿条，所述执行齿条水平搁置于所述辊座的托辊上；所述机架还设有第一液压缸安装支座和第二液压缸安装支座，所述第一液压缸安装支座靠近于所述机架的一端安装，所述第二液压缸安装支座靠近于所述机架的另一端安装；所述第一执行液压缸的一端固定于所述机架的一端，所述第一执行液压缸的另一端固定于所述第一液压缸安装支座；所述第二执行液压缸的一端固定于所述机架的另一端，所述第二执行液压缸的另一端固定于所述第二液压缸安装支座；

所述执行齿条的一端和所述第一执行液压缸的活塞杆连接，所述执行齿条的另一端和所述第二执行液压缸的活塞杆连接；

所述马达执行模块包括液压马达和爬升齿轮，所述液压马达固定于所述机架的一侧的外壁，所述液压马达的转动轴朝向所述齿轮安装通孔；所述爬升齿轮和所述液压马达的转动轴连接，并且所述爬升齿轮和所述执行齿条相啮合。

优选地，还设有液压缸驱动模块，所述液压缸驱动模块包括第一驱动变量泵、第一控制换向阀、第一驱动溢流阀、第一出油溢流阀、第二出油溢流阀和油箱，所述第一驱动变量泵的进油口和所述油箱连接，所述第一驱动变量泵的出油口和所述第一控制换向阀的进油口连接，所述第一驱动溢流阀进油口及控制端和所述第一驱动变量泵的出油口连接，所述第一出油溢流阀的进油口及控制端和所述第一控制换向阀的第一出油口连接，所述第二出油溢流阀的进油口及控制端和所述第一控制换向阀的第二出油口连接，所述第一驱动溢流阀的回油口、所述第一出油溢流阀的回油口和所述第二出油溢流阀的回油口均与所述油箱连接；

所述第一执行液压缸的无杆腔、所述第二执行液压缸的有杆腔和所述第一控制换向阀的第一出油口连接，所述第一执行液压缸的有杆腔、所述第二执行液压缸的无杆腔和所述第一控制换向阀的第二出油口连接。

优选地，所述液压缸驱动模块还设有第一出油压力表和第二出油压力表，所述第一出油压力表的检测端和所述第一控制换向阀的第一出油口连接，所述第二出油压力表的检测端和所述第一控制换向阀的第二出油口连接；

所述马达执行模块还设有正转压力表和反转压力表，所述正转压力表的检测端和所述液压马达的第一油口连接，所述反转压力表的检测端和所述液压马达的第二油口连接。

优选地，所述液压缸执行模块还包括第一限位开关和第二限位开关，所述第一限位开关靠近所述执行齿条的一端的近端部安装，所述第二限位开关靠近所述执行齿条的另一端的近端部安装。

优选地，使用所述互为负载的升降试验机的升降试验系统，包括第一试验单元和第二试验单元，所述第一试验单元包括马达驱动模块、自动保压模块和所述马达执行模块，所述第二试验单元包括快速补压模块、所述液压缸执行模块和所述液压缸驱动模块；

所述马达驱动模块包括第二驱动变量泵、第二控制换向阀和第二驱动溢流阀，所述第二驱动变量泵的进油口和所述油箱连接，所述第二驱动变量泵的出油口和所述第二控制换向阀的进油口连接，所述第二驱动溢流阀进油口及控制端和所述第二驱动变量泵的出油口连接；

所述自动保压模块包括第一压力控制阀、第一保压单向阀、第二压力控制阀、第二保压单向阀、第一保压溢流阀和第二保压溢流阀；所述第一压力控制阀的进油口、第一保压单向阀的进油口、第二压力控制阀的控制端和所述第二控制换向阀的第一出油口连接，所述第二压力控制阀的进油口、第二保压单向阀的进油口、所述第一压力控制阀的控制端和所述第二控制换向阀的第二出油口连接，所述第一压力控制阀的出油口、第一保压单向阀的出油口和所述液压马达的第一油口连接，所述第二压力控制阀的出油口、第二保压单向阀的出油口和所述液压马达的第二油口连接，第一保压溢流阀的进油口及控制端、第二保压溢流阀的出油口和所述液压马达的第一油口连接，所述第二保压溢流阀的进油口及控制端、第一保压溢流阀的出油口和所述液压马达的第二油口连接。

优选地，所述第二试验单元的所述快速补压模块包括第一补压单向阀、第二补压单向阀和补压动力装置，所述补压动力装置包括补压液压泵和补压控制阀；所述第一补压单向阀的进油口、第二补压单向阀的进油口、补压控制阀的进油口及控制端和所述补压液压泵的出油口连接，所述第一执行液压缸的无杆腔、所述第二执行液压缸的有杆腔和所述第一补压单向阀的出油口连接，所述第一执行液压缸的有杆腔、所述第二执行液压缸的无杆腔和所述第二补压单向阀的出油口连接，所述补压控制阀的出油口、所述补压液压泵的进油口和所述油箱连接。

优选地，所述第一试验单元还设有自动刹车模块，所述自动刹车模块包括刹车油缸、刹车换向阀、刹车溢流阀和刹车变量泵；

所述刹车溢流阀的进油口及控制端、刹车换向阀的进油口和所述刹车变量泵的出油口连接，所述刹车变量泵的进油口、刹车换向阀的回油口、刹车溢流阀的回油口和所述油箱连接，所述刹车换向阀的出油口和所述刹车油缸的进出油口连接；

所述刹车油缸还包括刹车片、刹车弹簧和刹车活塞杆，所述刹车片设置于接近所述液压马达的转动轴安装，所述刹车活塞杆的一端和所述刹车片的一侧连接，所述刹车弹簧的一端和所述刹车活塞杆的另一端连接，所述刹车弹簧的另一端固定于所述刹车油缸的缸体的一端。

优选地，所述互为负载的升降试验机的升降试验方法，包括以下步骤，

步骤1：模拟空载升降步骤，首先所述马达执行模块的液压马达停止工作，即所述马达执行模块的爬升齿轮对所述液压缸执行模块的执行齿条不施加任何外力；然后驱动所述液压缸执行模块的第一执行液压缸和第二执行液压缸推或拉所述执行齿条，模拟顶升液压缸式升降装置的空载作业；

步骤2：模拟超载升降步骤，首先所述液压马达设定超大载荷压力，即所述爬升齿轮对所述执行齿条设定超出其额定载荷的压力；然后驱动所述液压缸执行模块的第一执行液压缸和第二执行液压缸反向推动所述执行齿条，模拟所述顶升液压缸式升降装置的超载作业；

步骤3：模拟正常升降步骤，首先所述液压马达设定额定载荷压力，即所述爬升齿轮对所述执行齿条设定额定载荷的压力；然后驱动所述液压缸执行模块的第一执行液压缸和第二执行液压缸反向推动所述执行齿条，模拟所述顶升液压缸式升降装置的正常作业。

优选地，所述互为负载的升降试验机的升降试验方法，包括以下步骤，

步骤1：模拟空载升降步骤，首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸停止工作，即所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸对所述马达执行模块不施加任何外力；然后启动所述液压马达，使所述爬升齿轮空转，模拟齿轮齿条式升降装置的空载作业；

步骤2：模拟重载升降步骤,首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定大载荷压力，即所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸对所述马达执行模块施加大载荷阻力；然后运转所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的重载作业；

步骤3：模拟超载升降步骤，首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定超大载荷压力，即对所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定超出其额定载荷的压力；然后运转所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的超载作业；

步骤4：模拟正常升降步骤，首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定额定载荷压力，模拟所述齿轮齿条式升降装置的正常载荷量；然后运转所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的正常作业；

步骤5：模拟刹车工况步骤，首先锁紧所述爬升齿轮，然后通过所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸带动所述执行齿条来硬推或硬拉所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的刹车作业。

优选地，所述互为负载的升降试验机的升降试验方法，包括以下步骤，

固定步骤，首先调整所述爬升齿轮的角度使所述爬升齿轮与所述执行齿条正确啮合，然后锁紧所述爬升齿轮，防止所述爬升齿轮的旋转；

加载步骤，首先向所述第一执行液压缸的有杆腔和所述第二执行液压缸的无杆腔施加压力，使所述执行齿条向所述第一执行液压缸移动，从而使所述执行齿条推动所述爬升齿轮，对所述爬升齿轮实现加载，调整施加的压力达到1.2倍的静态保持力并保持5分钟；然后，向所述第一执行液压缸的无杆腔和所述第二执行液压缸的有杆腔施加压力，使所述执行齿条向所述第二执行液压缸移动，调整施加的压力达到1.2倍的静态保持力并保持5分钟，从而实现对所述爬升齿轮的轮齿两侧的加载；接着再调整所述爬升齿轮的角度使所述爬升齿轮的下一轮齿和所述执行齿条正确啮合，重复所述加载步骤，直到所述爬升齿轮的全部轮齿均完成所述加载步骤；

检测步骤，对所述爬升齿轮进行探伤，检测所述爬升齿轮有无齿面损伤、明显压痕、轴身变形或齿轮变形，若无则通过试验，若有则不通过试验。

所述互为负载的升降试验机设置所述马达执行模块和液压缸执行模块，可进行顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置的整体承载能力的检测，从而在钻井平台升降装置的设计生产中可随时进行钻井平台升降装置的实际作业性能检测，无需到钻井平台现场装配才可进行检测，提高检测效率。

所述互为负载的升降试验机的升降试验系统设有所述自动保压模块和所述快速补压模块，所述自动保压模块可在所述液压马达加载不动或因工件变形而产生微小位移的工况下可使所述液压马达保持稳定不变的压力，确保检测可靠性；所述快速补压模块可防止所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸产生气蚀、吸空的发生。

所述互为负载的升降试验机的升降试验方法，可进行顶升液压缸式升降装置的工况模拟试验、齿轮齿条式升降装置的工况模拟试验和齿轮齿条式升降装置的爬升齿轮静载试验，实现出厂前即可进行整体承载能力和稳定性的模拟检测，大大降低检测成本。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明其中一个实施例的升降试验机前视图；

图2是本发明其中一个实施例的升降试验机后视图；

图3是本发明其中一个实施例的升降试验机俯视图；

图4是本发明其中一个实施例的液压缸驱动模块结构示意图；

图5是本发明其中一个实施例的升降试验系统结构示意图；

图6是本发明其中一个实施例的马达驱动模块结构示意图；

图7是本发明其中一个实施例的自动保压模块结构示意图；

图8是本发明其中一个实施例的第二试验单元结构示意图；

图9是本发明其中一个实施例的自动刹车模块结构示意图。

其中：机架10；齿轮安装通孔101；辊座安装支座102；辊座103；第一液压缸安装支座104；第二液压缸安装支座105；马达驱动模块2；马达执行模块1；液压马达11；爬升齿轮12；第二驱动变量泵21；第二控制换向阀22；第二驱动溢流阀23；液压缸执行模块6；第一执行液压缸61；第二执行液压缸62；执行齿条63；液压缸驱动模块5；第一驱动变量泵51；第一控制换向阀52；第一驱动溢流阀53；第一出油溢流阀54；第二出油溢流阀55；第一出油压力表56；第二出油压力表57；正转压力表13；反转压力表14；自动保压模块4；第一压力控制阀41；第一保压单向阀42；第二压力控制阀43；第二保压单向阀44；第一保压溢流阀45；第二保压溢流阀46；自动刹车模块3；刹车油缸31；刹车换向阀32；刹车溢流阀33；刹车变量泵34；刹车片311；刹车弹簧312；刹车活塞杆313；快速补压模块7；第一补压单向阀71；第二补压单向阀72；补压液压泵73；补压控制阀74；第一限位开关64；第二限位开关65。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例的互为负载的升降试验机，包括机架10、马达执行模块1和液压缸执行模块6，如图1所示，所述马达执行模块1安装于所述机架10的一侧的外壁，所述液压缸执行模块6安装于所述机架10的内部；

所述机架10包括齿轮安装通孔101、辊座安装支座102和辊座103，如图2所示，所述齿轮安装通孔101设置于所述机架10的中上部，所述辊座安装支座102水平设置于所述机架10的内部且位于所述齿轮安装通孔101的下方，所述辊座103安装于所述辊座安装支座102上；

所述液压缸执行模块6包括第一执行液压缸61、第二执行液压缸62和执行齿条63，如图2所示，所述执行齿条63水平搁置于所述辊座103的托辊上；所述机架10还设有第一液压缸安装支座104和第二液压缸安装支座105，所述第一液压缸安装支座104靠近于所述机架10的一端安装，所述第二液压缸安装支座105靠近于所述机架10的另一端安装；所述第一执行液压缸61的一端固定于所述机架10的一端，所述第一执行液压缸61的另一端固定于所述第一液压缸安装支座104；所述第二执行液压缸62的一端固定于所述机架10的另一端，所述第二执行液压缸62的另一端固定于所述第二液压缸安装支座105；

所述执行齿条63的一端和所述第一执行液压缸61的活塞杆连接，所述执行齿条63的另一端和所述第二执行液压缸62的活塞杆连接；

所述马达执行模块1包括液压马达11和爬升齿轮12，如图2、图3所示，所述液压马达11固定于所述机架10的一侧的外壁，所述液压马达11的转动轴朝向所述齿轮安装通孔101；所述爬升齿轮12和所述液压马达11的转动轴连接，并且所述爬升齿轮12和所述执行齿条63相啮合。

升降装置是自升式海洋钻井平台的关键部分，作用为让桩腿和船体作相对的上下运动，从而使得平台主体能上下移动并将其固定在桩腿的某一个位置。根据结构形式的不同，可分为顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置：顶升液压缸式升降装置采用顶升液压缸驱动桩腿升降，齿轮齿条式升降装置采用液压马达驱动齿轮实现桩腿升降。

所述互为负载的升降试验机设置所述马达执行模块1和液压缸执行模块6，可进行顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置的整体承载能力的检测。所述执行齿条63的一端和所述第一执行液压缸61的活塞杆连接，所述执行齿条63的另一端和所述第二执行液压缸62的活塞杆连接，从而通过控制所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的活塞杆行程即可控制所述执行齿条63的水平移动，采用两个执行液压缸可平分负载，提供更大的负载量或动力源。所述爬升齿轮12和所述液压马达11的转动轴连接，并且所述爬升齿轮12和所述执行齿条63相啮合，以及与所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的相互作用，可有效地模拟顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置的具体工作情况，从而判断其实际工况能力。当所述马达执行模块1为负载，所述液压缸执行模块6为动力源时，模拟顶升液压缸式升降装置作业；当所述马达执行模块1为动力源，所述液压缸执行模块6为负载时，模拟齿轮齿条式升降装置作业。

所述互为负载的升降试验机通过设置互为负载的所述马达执行模块1和液压缸执行模块6很好地模拟顶升液压缸式升降装置和齿轮齿条式升降装置的具体工作情况，从而在钻井平台升降装置的设计生产中可随时进行钻井平台升降装置的实际作业性能检测，无需到钻井平台现场装配才可进行检测，提高检测效率；而且由于钻井平台的实际载荷量很大，因此钻井平台升降装置的检测需要很大的负载模拟钻井平台的实际载荷量，这大大增加了检测难度和检测成本，而所述互为负载的升降试验机的所述马达执行模块1和液压缸执行模块6可互为负载，无需增加额外的负载，大大降低检测成本。

优选地，还设有液压缸驱动模块5，所述液压缸驱动模块5包括第一驱动变量泵51、第一控制换向阀52、第一驱动溢流阀53、第一出油溢流阀54、第二出油溢流阀55和油箱，如图4、图8所示，所述第一驱动变量泵51的进油口和所述油箱连接，所述第一驱动变量泵51的出油口和所述第一控制换向阀52的进油口连接，所述第一驱动溢流阀53进油口及控制端和所述第一驱动变量泵51的出油口连接，所述第一出油溢流阀54的进油口及控制端和所述第一控制换向阀52的第一出油口连接，所述第二出油溢流阀55的进油口及控制端和所述第一控制换向阀52的第二出油口连接，所述第一驱动溢流阀53的回油口、所述第一出油溢流阀54的回油口和所述第二出油溢流阀55的回油口均与所述油箱连接；

如图3、图8所示，所述第一执行液压缸61的无杆腔、所述第二执行液压缸62的有杆腔和所述第一控制换向阀52的第一出油口连接，所述第一执行液压缸61的有杆腔、所述第二执行液压缸62的无杆腔和所述第一控制换向阀52的第二出油口连接。

所述液压缸驱动模块5为所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的双向运动提供动力。当所述油箱的液压油从所述第一控制换向阀52的第一出油口输出时，液压油流向所述第一执行液压缸61的无杆腔和所述第二执行液压缸62的有杆腔并对其施加压力，从而驱使所述执行齿条63向所述第二执行液压缸62移动；当所述油箱的液压油从所述第一控制换向阀52的第二出油口输出时，液压油流向所述第一执行液压缸61的有杆腔和所述第二执行液压缸62的无杆腔并对其施加压力，从而驱使所述执行齿条63向所述第一执行液压缸61移动。所述第一出油溢流阀54设置于所述第一控制换向阀52的第一出油口，所述第二出油溢流阀55设置于所述第一控制换向阀52的第二出油口，从而控制所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的工作压力，从而控制所述执行齿条63的运作工况。

所述液压缸驱动模块5设置的所述第一驱动变量泵51可输出高压液压油，可向所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62注入高压液压油，从而满足钻井平台模拟试验的大载荷量的要求。而且，采用上述的连接油路，单个所述第一驱动变量泵51可控制所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的运动，而非一泵对应一油缸的控制方式，降低了控制难度和设备复杂性。

优选地，所述液压缸驱动模块5还设有第一出油压力表56和第二出油压力表57，如图8所示，所述第一出油压力表56的检测端和所述第一控制换向阀52的第一出油口连接，所述第二出油压力表57的检测端和所述第一控制换向阀52的第二出油口连接；所述马达执行模块1还设有正转压力表13和反转压力表14，如图7所示，所述正转压力表13的检测端和所述液压马达11的第一油口连接，所述反转压力表14的检测端和所述液压马达11的第二油口连接。

所述第一出油压力表56和所述第二出油压力表57分别检测所述第一控制换向阀52的第一出油口、第二出油口的压力，从而便于试验者了解所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的工作压力，并及时设定或调整所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的工作压力。所述正转压力表13和所述反转压力表14分别检测所述液压马达11的第一油口、第二油口的压力，从而便于试验者了解所述液压马达11的工作压力，并及时设定或调整所述液压马达11的工作压力。

优选地，所述液压缸执行模块6还包括第一限位开关64和第二限位开关65，如图8所示，所述第一限位开关64靠近所述执行齿条63的一端的近端部安装，所述第二限位开关65靠近所述执行齿条63的另一端的近端部安装。所述第一限位开关64和所述第二限位开关65起到限位保护作用：当所述执行齿条63的一端移动至所述第一限位开关64的位置或所述执行齿条63的另一端移动至所述第二限位开关65的位置时，所述液压缸驱动模块5的所述第一驱动变量泵51停止向所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62供油，所述执行齿条63停止移动，从而对所述执行齿条63起到限位保护作用，防止所述执行齿条63两端和所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62发生碰撞损坏。

优选地，使用所述互为负载的升降试验机的升降试验系统，包括第一试验单元和第二试验单元，如图5所示，所述第一试验单元包括马达驱动模块2、自动保压模块4和所述马达执行模块1，所述第二试验单元包括快速补压模块7、所述液压缸执行模块6和所述液压缸驱动模块5；

所述马达驱动模块2包括第二驱动变量泵21、第二控制换向阀22和第二驱动溢流阀23，如图6所示，所述第二驱动变量泵21的进油口和所述油箱连接，所述第二驱动变量泵21的出油口和所述第二控制换向阀22的进油口连接，所述第二驱动溢流阀23进油口及控制端和所述第二驱动变量泵21的出油口连接；

所述自动保压模块4包括第一压力控制阀41、第一保压单向阀42、第二压力控制阀43、第二保压单向阀44、第一保压溢流阀45和第二保压溢流阀46；如图7所示，所述第一压力控制阀41的进油口、第一保压单向阀42的进油口、第二压力控制阀43的控制端和所述第二控制换向阀22的第一出油口连接，所述第二压力控制阀43的进油口、第二保压单向阀44的进油口、所述第一压力控制阀41的控制端和所述第二控制换向阀22的第二出油口连接，所述第一压力控制阀41的出油口、第一保压单向阀42的出油口和所述液压马达11的第一油口连接，所述第二压力控制阀43的出油口、第二保压单向阀44的出油口和所述液压马达11的第二油口连接，第一保压溢流阀45的进油口及控制端、第二保压溢流阀46的出油口和所述液压马达11的第一油口连接，所述第二保压溢流阀46的进油口及控制端、第一保压溢流阀45的出油口和所述液压马达11的第二油口连接。

所述互为负载的升降试验机的升降试验系统包括第一试验单元和第二试验单元，工作原理为：如图6所示，液压油从所述马达驱动模块2经所述自动保压模块4流向所述马达执行模块1，驱动所述液压马达11工作，通过所述第二驱动溢流阀23控制所述液压马达11的工作压力即控制其输出转矩，通过所述第二控制换向阀22控制所述液压马达11的正反转，由所述第二控制换向阀22的第一出油口供油时所述液压马达11正转，而由所述第二控制换向阀22的第二出油口供油时所述液压马达11反转；同时，液压油从所述液压缸驱动模块5流向所述液压缸执行模块6。

所述自动保压模块4可在所述液压马达11加载不动或因工件变形而产生微小位移的工况下可使所述液压马达11保持稳定不变的压力，确保检测可靠性。如图7所示，当所述液压马达11正转且压力正常时，液压油从所述第二控制换向阀22的第一出油口出来，则所述第一压力控制阀41的控制端的压力低于保压控制值而使所述第一压力控制阀41的出油口关闭，所述第二压力控制阀43的控制端的压力高于保压控制值而使所述第二压力控制阀43的出油口打开，液压油从所述第二控制换向阀22的第一出油口经所述第一保压单向阀42进入所述液压马达11的第一油口，驱动所述液压马达11旋转动作，然后液压油经所述第二压力控制阀43回油至所述第二控制换向阀22；而当所述液压马达11正转且压力不稳定时，所述第一压力控制阀41的控制端和第二压力控制阀43的控制端的压力均低于保压控制值而使所述第一压力控制阀41的出油口和所述第二压力控制阀43的出油口均关闭，而且所述第一保压单向阀42和所述第二保压单向阀44仅可使液压油从所述第二控制换向阀22流向所述液压马达11，液压油无法流回所述第二控制换向阀22，从而达到压力互锁的作用，使所述液压马达11的工作压力保持稳定。同理可知，所述液压马达11反转时的自动保压原理，在此不再叙述。所述自动保压模块4保压时间长，压力稳定性高，功率损耗小。

优选地，所述第二试验单元的所述快速补压模块7包括第一补压单向阀71、第二补压单向阀72和补压动力装置，所述补压动力装置包括补压液压泵73和补压控制阀74；如图8所示，所述第一补压单向阀71的进油口、第二补压单向阀72的进油口、补压控制阀74的进油口及控制端和所述补压液压泵73的出油口连接，所述第一执行液压缸61的无杆腔、所述第二执行液压缸62的有杆腔和所述第一补压单向阀71的出油口连接，所述第一执行液压缸61的有杆腔、所述第二执行液压缸62的无杆腔和所述第二补压单向阀72的出油口连接，所述补压控制阀74的出油口、所述补压液压泵73的进油口和所述油箱连接。

所述快速补压模块7持续向所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62供油，确保所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62均载满液压油，防止所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62产生气蚀、吸空的发生。液压油从所述补压液压泵73出来后经所述第一补压单向阀71和所述第二补压单向阀72流向所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62，所述补压控制阀74为补压压力控制装置，当所述补压液压泵73的出油口的压力大于补压控制值时所述补压控制阀74开启，从而起到降压稳压的作用。所述补压动力装置可设置若干个，从而可均分负荷，降低负载率，增长所述补压动力装置使用寿命。所述快速补压模块7供油回路简单，采用单向阀，既保证供油方向单一，也做到快速供油的效果。

优选地，所述第一试验单元还设有自动刹车模块3，所述自动刹车模块3包括刹车油缸31、刹车换向阀32、刹车溢流阀33和刹车变量泵34；如图9所示，所述刹车溢流阀33的进油口及控制端、刹车换向阀32的进油口和所述刹车变量泵34的出油口连接，所述刹车变量泵34的进油口、刹车换向阀32的回油口、刹车溢流阀33的回油口和所述油箱连接，所述刹车换向阀32的出油口和所述刹车油缸31的进出油口连接；所述刹车油缸31还包括刹车片311、刹车弹簧312和刹车活塞杆313，所述刹车片311设置于接近所述液压马达11的转动轴安装，所述刹车活塞杆313的一端和所述刹车片311的一侧连接，所述刹车弹簧312的一端和所述刹车活塞杆313的另一端连接，所述刹车弹簧312的另一端固定于所述刹车油缸31的缸体的一端。

所述刹车换向阀32为电液换向阀，使所述自动刹车模块3可在所述液压马达11发生故障时自动快速制动所述液压马达11。当所述液压马达11正常运行时，所述刹车换向阀32通电，从所述刹车变量泵34输出的液压油经所述刹车换向阀32流入所述刹车油缸31，使所述刹车弹簧312处于压缩状态，所述刹车片311远离所述液压马达11的转动轴；当所述液压马达11发生故障时，所述刹车换向阀32断电，所述刹车油缸31的液压油经所述刹车换向阀32的回油口直接通向所述油箱，使所述刹车弹簧312处于伸长状态，所述刹车片311与所述液压马达11的转动轴紧密接触，从而可迅速制动所述液压马达11。当所述液压马达11恢复正常时，所述刹车换向阀32重新带电，由于液压油需经过所述刹车换向阀32上的阻尼孔才能进入所述刹车油缸31，从而达到缓慢松开所述刹车片311的效果，使所述液压马达11缓慢启动以克服惯性阻力矩。

优选地，所述互为负载的升降试验机的升降试验方法，包括以下步骤，

步骤1：模拟空载升降步骤，首先所述马达执行模块1的液压马达11停止工作，即所述马达执行模块1的爬升齿轮12对所述液压缸执行模块6的执行齿条63不施加任何外力；然后驱动所述液压缸执行模块6的第一执行液压缸61和第二执行液压缸62推或拉所述执行齿条63，模拟顶升液压缸式升降装置的空载作业；

步骤2：模拟超载升降步骤，首先所述液压马达11设定超大载荷压力，即所述爬升齿轮12对所述执行齿条63设定超出其额定载荷的压力；然后驱动所述液压缸执行模块6的第一执行液压缸61和第二执行液压缸62反向推动所述执行齿条63，模拟所述顶升液压缸式升降装置的超载作业；

步骤3：模拟正常升降步骤，首先所述液压马达11设定额定载荷压力，即所述爬升齿轮12对所述执行齿条63设定额定载荷的压力；然后驱动所述液压缸执行模块6的第一执行液压缸61和第二执行液压缸62反向推动所述执行齿条63，模拟所述顶升液压缸式升降装置的正常作业。

所述试验方法为顶升液压缸式升降装置的工况模拟试验方法，所述互为负载的升降试验机的所述液压缸执行模块6模拟所述顶升液压缸式升降装置，所述马达执行模块1模拟钻井平台的载荷量。

所述顶升液压缸式升降装置的工况模拟试验方法通过所述第二驱动溢流阀23控制所述液压马达11的输出转矩，实现空载试验、重载试验、超载试验和可靠性试验的各种载荷，观察所述所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的对应的实际运作情况。当模拟升平台作业时，所述第一执行液压缸61的有杆腔和所述第二执行液压缸62的无杆腔工作，所述爬升齿轮12逆时针运转，通过调控所述第二驱动溢流阀23的卸载流量，使得与所述液压马达11连接的所述爬升齿轮12保持恒定的转矩，提供恒定的阻力载荷，使所述爬升齿轮12和所述执行齿条63产生相对运动，实现升平台作业的模拟。反之，当模拟升降台作业时，所述第一执行液压缸61的无杆腔和所述第二执行液压缸62的有杆腔工作，所述爬升齿轮12顺时针运转，通过调控所述第二驱动溢流阀23的卸载流量，使得所述爬升齿轮12保持恒定的转矩，提供恒定的阻力载荷，使所述爬升齿轮12和所述执行齿条63产生相对运动，实现降平台作业的模拟。

所述顶升液压缸式升降装置的工况模拟试验方法实现出厂前即可进行所述顶升液压缸式升降装置的整体承载能力和稳定性的模拟检测，无需将所述顶升液压缸式升降装置运送至现场装配就能完全模拟所述顶升液压缸式升降装置装配后的各种实际工况，大大降低检测成本，提高检测效率。

优选地，所述互为负载的升降试验机的升降试验方法，包括以下步骤，

步骤1：模拟空载升降步骤，首先所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62停止工作，即所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62对所述马达执行模块1不施加任何外力；然后启动所述液压马达11，使所述爬升齿轮12空转，模拟齿轮齿条式升降装置的空载作业；

步骤2：模拟重载升降步骤,首先所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62设定大载荷压力，即所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62对所述马达执行模块1施加大载荷阻力；然后运转所述爬升齿轮12，模拟所述齿轮齿条式升降装置的重载作业；

步骤3：模拟超载升降步骤，首先所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62设定超大载荷压力，即对所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62设定超出其额定载荷的压力；然后运转所述爬升齿轮12，模拟所述齿轮齿条式升降装置的超载作业；

步骤4：模拟正常升降步骤，首先所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62设定额定载荷压力，模拟所述齿轮齿条式升降装置的正常载荷量；然后运转所述爬升齿轮12，模拟所述齿轮齿条式升降装置的正常作业；

步骤5：模拟刹车工况步骤，首先锁紧所述爬升齿轮12，然后通过所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62带动所述执行齿条63来硬推或硬拉所述爬升齿轮12，模拟所述齿轮齿条式升降装置的刹车作业。

所述试验方法为齿轮齿条式升降装置的工况模拟试验方法，所述马达执行模块1和所述执行齿条63模拟所述齿轮齿条式升降装置，所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62模拟钻井平台的载荷量。

所述齿轮齿条式升降装置的工况模拟试验方法通过所述第一出油溢流阀54和第二出油溢流阀55分别调节所述第一执行液压缸61和所述第二执行液压缸62的压力设定，实现空载试验、重载试验、超载试验、可靠性试验和刹车试验的各种载荷，观察所述马达执行模块1的对应的实际运作情况。当模拟升平台作业时，所述爬升齿轮12顺时针运转，所述第一执行液压缸61的无杆腔和所述第二执行液压缸62的有杆腔工作，通过调控所述第一出油溢流阀54的卸载流量，使得所述第一执行液压缸61的无杆腔和所述第二执行液压缸62的有杆腔保持恒定压力，提供恒定的阻力载荷，使所述爬升齿轮12和所述执行齿条63产生相对运动，实现升平台作业的模拟。反之，当模拟降平台作业时，所述爬升齿轮12逆时针运转，所述第一执行液压缸61的有杆腔和所述第二执行液压缸62的无杆腔工作，通过调控所述第二出油溢流阀55的卸载流量，使得所述第一执行液压缸61的有杆腔和所述第二执行液压缸62的无杆腔保持恒定压力，提供恒定的阻力载荷，使所述爬升齿轮12和所述执行齿条63产生相对运动，实现降平台作业的模拟。

所述齿轮齿条式升降装置的工况模拟试验方法实现出厂前即可进行所述齿轮齿条式升降装置的整体承载能力和稳定性的模拟检测，无需将所述齿轮齿条式升降装置运送至现场装配就能完全模拟所述齿轮齿条式升降装置装配后的各种实际工况，大大降低检测成本，提高检测效率。

优选地，所述互为负载的升降试验机的升降试验方法，包括以下步骤，

固定步骤，首先调整所述爬升齿轮12的角度使所述爬升齿轮12与所述执行齿条63正确啮合，然后锁紧所述爬升齿轮12，防止所述爬升齿轮12的旋转；

加载步骤，首先向所述第一执行液压缸61的有杆腔和所述第二执行液压缸62的无杆腔施加压力，使所述执行齿条63向所述第一执行液压缸61移动，从而使所述执行齿条63推动所述爬升齿轮12，对所述爬升齿轮12实现加载，调整施加的压力达到1.2倍的静态保持力并保持5分钟；然后，向所述第一执行液压缸61的无杆腔和所述第二执行液压缸62的有杆腔施加压力，使所述执行齿条63向所述第二执行液压缸62移动，调整施加的压力达到1.2倍的静态保持力并保持5分钟，从而实现对所述爬升齿轮12的轮齿两侧的加载；接着再调整所述爬升齿轮12的角度使所述爬升齿轮12的下一轮齿和所述执行齿条63正确啮合，重复所述加载步骤，直到所述爬升齿轮12的全部轮齿均完成所述加载步骤；

检测步骤，对所述爬升齿轮12进行探伤，检测所述爬升齿轮12有无齿面损伤、明显压痕、轴身变形或齿轮变形，若无则通过试验，若有则不通过试验。

所述试验方法为齿轮齿条式升降装置的爬升齿轮静载试验方法，通过模拟所述爬升齿轮12的工作现场受力情况，对所述爬升齿轮12的轮齿进行双向加载试验并随后进行探伤，从而发现所述爬升齿轮12的制造缺陷，避免缺陷的所述爬升齿轮12出厂，为抽查钻井平台用的所述爬升齿轮12质量提供一种有效方法，提高所述爬升齿轮12的出厂质量。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种互为负载的升降试验机，包括机架、马达执行模块和液压缸执行模块，所述马达执行模块安装于所述机架的一侧的外壁，所述液压缸执行模块安装于所述机架的内部，其特征在于：

所述机架包括齿轮安装通孔、辊座安装支座和辊座，所述齿轮安装通孔设置于所述机架的中上部，所述辊座安装支座水平设置于所述机架的内部且位于所述齿轮安装通孔的下方，所述辊座安装于所述辊座安装支座上；

所述液压缸执行模块包括第一执行液压缸、第二执行液压缸和执行齿条，所述执行齿条水平搁置于所述辊座的托辊上；所述机架还设有第一液压缸安装支座和第二液压缸安装支座，所述第一液压缸安装支座靠近于所述机架的一端安装，所述第二液压缸安装支座靠近于所述机架的另一端安装；所述第一执行液压缸的一端固定于所述机架的一端，所述第一执行液压缸的另一端固定于所述第一液压缸安装支座；所述第二执行液压缸的一端固定于所述机架的另一端，所述第二执行液压缸的另一端固定于所述第二液压缸安装支座；

所述执行齿条的一端和所述第一执行液压缸的活塞杆连接，所述执行齿条的另一端和所述第二执行液压缸的活塞杆连接；

所述马达执行模块包括液压马达和爬升齿轮，所述液压马达固定于所述机架的一侧的外壁，所述液压马达的转动轴朝向所述齿轮安装通孔；所述爬升齿轮和所述液压马达的转动轴连接，并且所述爬升齿轮和所述执行齿条相啮合。

2.根据权利要求1所述的互为负载的升降试验机，其特征在于：还设有液压缸驱动模块，所述液压缸驱动模块包括第一驱动变量泵、第一控制换向阀、第一驱动溢流阀、第一出油溢流阀、第二出油溢流阀和油箱，所述第一驱动变量泵的进油口和所述油箱连接，所述第一驱动变量泵的出油口和所述第一控制换向阀的进油口连接，所述第一驱动溢流阀进油口及控制端和所述第一驱动变量泵的出油口连接，所述第一出油溢流阀的进油口及控制端和所述第一控制换向阀的第一出油口连接，所述第二出油溢流阀的进油口及控制端和所述第一控制换向阀的第二出油口连接，所述第一驱动溢流阀的回油口、所述第一出油溢流阀的回油口和所述第二出油溢流阀的回油口均与所述油箱连接；

所述第一执行液压缸的无杆腔、所述第二执行液压缸的有杆腔和所述第一控制换向阀的第一出油口连接，所述第一执行液压缸的有杆腔、所述第二执行液压缸的无杆腔和所述第一控制换向阀的第二出油口连接。

3.根据权利要求2所述的互为负载的升降试验机，其特征在于：所述液压缸驱动模块还设有第一出油压力表和第二出油压力表，所述第一出油压力表的检测端和所述第一控制换向阀的第一出油口连接，所述第二出油压力表的检测端和所述第一控制换向阀的第二出油口连接；

所述马达执行模块还设有正转压力表和反转压力表，所述正转压力表的检测端和所述液压马达的第一油口连接，所述反转压力表的检测端和所述液压马达的第二油口连接。

4.根据权利要求1所述的互为负载的升降试验机，其特征在于：所述液压缸执行模块还包括第一限位开关和第二限位开关，所述第一限位开关靠近所述执行齿条的一端的近端部安装，所述第二限位开关靠近所述执行齿条的另一端的近端部安装。

5.使用权利要求1至4任意一项所述的互为负载的升降试验机的升降试验系统，其特征在于：包括第一试验单元和第二试验单元，所述第一试验单元包括马达驱动模块、自动保压模块和所述马达执行模块，所述第二试验单元包括快速补压模块、所述液压缸执行模块和所述液压缸驱动模块；

所述马达驱动模块包括第二驱动变量泵、第二控制换向阀和第二驱动溢流阀，所述第二驱动变量泵的进油口和所述油箱连接，所述第二驱动变量泵的出油口和所述第二控制换向阀的进油口连接，所述第二驱动溢流阀进油口及控制端和所述第二驱动变量泵的出油口连接；

所述自动保压模块包括第一压力控制阀、第一保压单向阀、第二压力控制阀、第二保压单向阀、第一保压溢流阀和第二保压溢流阀；所述第一压力控制阀的进油口、第一保压单向阀的进油口、第二压力控制阀的控制端和所述第二控制换向阀的第一出油口连接，所述第二压力控制阀的进油口、第二保压单向阀的进油口、所述第一压力控制阀的控制端和所述第二控制换向阀的第二出油口连接，所述第一压力控制阀的出油口、第一保压单向阀的出油口和所述液压马达的第一油口连接，所述第二压力控制阀的出油口、第二保压单向阀的出油口和所述液压马达的第二油口连接，第一保压溢流阀的进油口及控制端、第二保压溢流阀的出油口和所述液压马达的第一油口连接，所述第二保压溢流阀的进油口及控制端、第一保压溢流阀的出油口和所述液压马达的第二油口连接。

6.根据权利要求5所述的互为负载的升降试验机的升降试验系统，其特征在于：所述第二试验单元的所述快速补压模块包括第一补压单向阀、第二补压单向阀和补压动力装置，所述补压动力装置包括补压液压泵和补压控制阀；所述第一补压单向阀的进油口、第二补压单向阀的进油口、补压控制阀的进油口及控制端和所述补压液压泵的出油口连接，所述第一执行液压缸的无杆腔、所述第二执行液压缸的有杆腔和所述第一补压单向阀的出油口连接，所述第一执行液压缸的有杆腔、所述第二执行液压缸的无杆腔和所述第二补压单向阀的出油口连接，所述补压控制阀的出油口、所述补压液压泵的进油口和所述油箱连接。

7.根据权利要求5所述的互为负载的升降试验机的升降试验系统，其特征在于：所述第一试验单元还设有自动刹车模块，所述自动刹车模块包括刹车油缸、刹车换向阀、刹车溢流阀和刹车变量泵；

所述刹车溢流阀的进油口及控制端、刹车换向阀的进油口和所述刹车变量泵的出油口连接，所述刹车变量泵的进油口、刹车换向阀的回油口、刹车溢流阀的回油口和所述油箱连接，所述刹车换向阀的出油口和所述刹车油缸的进出油口连接；

所述刹车油缸还包括刹车片、刹车弹簧和刹车活塞杆，所述刹车片设置于接近所述液压马达的转动轴安装，所述刹车活塞杆的一端和所述刹车片的一侧连接，所述刹车弹簧的一端和所述刹车活塞杆的另一端连接，所述刹车弹簧的另一端固定于所述刹车油缸的缸体的一端。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的互为负载的升降试验机的升降试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1：模拟空载升降步骤，首先所述马达执行模块的液压马达停止工作，即所述马达执行模块的爬升齿轮对所述液压缸执行模块的执行齿条不施加任何外力；然后驱动所述液压缸执行模块的第一执行液压缸和第二执行液压缸推或拉所述执行齿条，模拟顶升液压缸式升降装置的空载作业；

步骤2：模拟超载升降步骤，首先所述液压马达设定超大载荷压力，即所述爬升齿轮对所述执行齿条设定超出其额定载荷的压力；然后驱动所述液压缸执行模块的第一执行液压缸和第二执行液压缸反向推动所述执行齿条，模拟所述顶升液压缸式升降装置的超载作业；

步骤3：模拟正常升降步骤，首先所述液压马达设定额定载荷压力，即所述爬升齿轮对所述执行齿条设定额定载荷的压力；然后驱动所述液压缸执行模块的第一执行液压缸和第二执行液压缸反向推动所述执行齿条，模拟所述顶升液压缸式升降装置的正常作业。

9.根据权利要求1至4任意一项所述的互为负载的升降试验机的升降试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1：模拟空载升降步骤，首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸停止工作，即所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸对所述马达执行模块不施加任何外力；然后启动所述液压马达，使所述爬升齿轮空转，模拟齿轮齿条式升降装置的空载作业；

步骤2：模拟重载升降步骤,首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定大载荷压力，即所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸对所述马达执行模块施加大载荷阻力；然后运转所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的重载作业；

步骤3：模拟超载升降步骤，首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定超大载荷压力，即对所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定超出其额定载荷的压力；然后运转所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的超载作业；

步骤4：模拟正常升降步骤，首先所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸设定额定载荷压力，模拟所述齿轮齿条式升降装置的正常载荷量；然后运转所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的正常作业；

步骤5：模拟刹车工况步骤，首先锁紧所述爬升齿轮，然后通过所述第一执行液压缸和所述第二执行液压缸带动所述执行齿条来硬推或硬拉所述爬升齿轮，模拟所述齿轮齿条式升降装置的刹车作业。

10.根据权利要求1至4任意一项所述的互为负载的升降试验机的升降试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

固定步骤，首先调整所述爬升齿轮的角度使所述爬升齿轮与所述执行齿条正确啮合，然后锁紧所述爬升齿轮，防止所述爬升齿轮的旋转；

加载步骤，首先向所述第一执行液压缸的有杆腔和所述第二执行液压缸的无杆腔施加压力，使所述执行齿条向所述第一执行液压缸移动，从而使所述执行齿条推动所述爬升齿轮，对所述爬升齿轮实现加载，调整施加的压力达到1.2倍的静态保持力并保持5分钟；然后，向所述第一执行液压缸的无杆腔和所述第二执行液压缸的有杆腔施加压力，使所述执行齿条向所述第二执行液压缸移动，调整施加的压力达到1.2倍的静态保持力并保持5分钟，从而实现对所述爬升齿轮的轮齿两侧的加载；接着再调整所述爬升齿轮的角度使所述爬升齿轮的下一轮齿和所述执行齿条正确啮合，重复所述加载步骤，直到所述爬升齿轮的全部轮齿均完成所述加载步骤；

检测步骤，对所述爬升齿轮进行探伤，检测所述爬升齿轮有无齿面损伤、明显压痕、轴身变形或齿轮变形，若无则通过试验，若有则不通过试验。