CN111256996B - 一种组合轴承疲劳寿命实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组合轴承疲劳寿命实验装置，属轴承实验设备技术领域。它由机架、试验头和传动电机构成，机架上固装有传动电机，传动电机通过传动带与试验头连接，试验头由壳体、传动轴、左加载套、右加载套、中加载套、轴向加载件、左偏转件和右偏转件构成，左端套、右端套、左止推垫圈、右止推垫圈、左偏转件和右偏转件的中心部位装有传动轴，传动轴的一端延伸至壳体外端，延伸至壳体外端的传动轴端头固装有传动轮，壳体一端固装有轴向加载件。该装置通过左偏转件和右偏转件相互配合，能使传动轴在360°范围内自由调整轴的倾斜程度，准确的模拟造斜后的井下工况，以满足目前高造斜率钻井作业的组合轴承寿命研究需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合轴承疲劳寿命实验装置，属轴承实验设备技术领域。
背景技术
在油气井钻井领域，高造斜率钻井是研究的重点和发展方向，目前的高造斜率井眼轨迹控制方法，是在钻柱全旋转的条件下进行导向钻井，其过程不是靠偏置钻头进行导向，而是通过让转轴弯曲的方式为钻头提供一个与井眼轴线不一致的倾角，产生导向作用，当转轴产生弯曲后径向方向存在一定的扰度，一般轴承不能适用于该转轴，需要采用组合轴承以配合该转轴的斜度，由此，组合轴承的疲劳寿命研究尤为重要。
现有轴承疲劳寿命实验机因其结构的原因，只能对普通轴承的疲劳寿命进行测试且测试装置为固定轴，无法用于测试造斜后的组合轴承，同时该实验机无法准确模拟造斜后的井下工况，不能满足目前模拟井下工具高造斜率钻井作业的组合轴承寿命研究的需求，因此，有必要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单、便于操作，能适用于造斜后的组合轴承，同时能准确模拟造斜后的井下工况，以满足目前高造斜率钻井作业的组合轴承寿命研究需求的组合轴承疲劳寿命实验装置。
本发明的技术方案是：
一种组合轴承疲劳寿命实验装置，它由机架、试验头和传动电机构成，机架上固装有传动电机，传动电机一侧的机架上固装试验头，传动电机通过传动带与试验头连接，传动带上通过机架装有张紧轮，其特征在于：所述的试验头由壳体、传动轴、左加载套、右加载套、中加载套、轴向加载件、左偏转件和右偏转件构成，壳体内通过衬板对称状安装有左加载套和右加载套，左加载套和右加载套之间装有中加载套，左加载套和右加载套内通过对称设置的左端套和右端套对应状安装有左偏转件和右偏转件，左偏转件和右偏转件之间对应安装有左止推垫圈和右止推垫圈，左端套、右端套、左止推垫圈、右止推垫圈、左偏转件和右偏转件的中心部位装有传动轴，传动轴的一端延伸至壳体外端，延伸至壳体外端的传动轴端头固装有传动轮，壳体一端固装有轴向加载件，轴向加载件与右加载套间歇接触连接。
所述的壳体为上端开口的矩形体，壳体的上端口上安装有玻璃盖板。
所述的左加载套由左上加载套和左下加载套构成，左上加载套上径向设置有测温孔，右加载套由右上加载套和右下加载套构成，右上加载套上径向设置有测温孔。
所述的中加载套由中上加载套和中下加载套构成，中上加载套上径向设置有测温孔，中下加载套上径向设置有进油孔，中加载套的内套装有调心滚子套。
所述的左偏转件和右偏转件由调节液压缸、固定套圈、安装架和滚针轴承构成，固定套圈的中心位置上设置有装配凹槽，装配凹槽的圆周上均布有液压缸安装槽，液压缸安装槽与装配凹槽连通，装配凹槽内装有安装架，安装架内通过端盖对称装有滚针轴承，液压缸安装槽内装有调节液压缸，调节液压缸的活塞杆与安装架接触连接。
所述的安装架圆周上与液压缸安装槽对应设置有限位槽，限位槽与调节液压缸的活塞杆配合卡接。
所述的液压缸安装槽呈120°设置。
所述的调节液压缸上通过外套圈装有节流阀。
所述的轴向加载件由轴向油缸端盖、轴向油缸橡皮膜、轴向活塞和轴向活塞套构成，轴向活塞套安装在壳体上，轴向活塞套内设置有轴向活塞，轴向油缸端盖在轴向油缸橡皮膜的密封下通过螺栓固定在壳体上；轴向油缸端盖呈凹槽状，轴向油缸端盖的凹槽与轴向油缸橡皮膜之间形成轴向油缸压力腔，轴向油缸压力腔的供油接口设置在轴向油缸端盖上，轴向油缸压力腔为封闭腔。
本发明的有益效果：
该组合轴承疲劳寿命实验装置结构简单、便于操作，通过左偏转件和右偏转件相互配合，能使传动轴在360°范围内自由调整轴的倾斜程度，能准确模拟传动轴造斜后的井下工况，以满足目前高造斜率钻井作业的组合轴承寿命研究需求；通过轴向加载件，能对待测工件进行加载，使其满足试验所需的载荷，进一步提高试验的准确率；通过张紧轮和机架的配合能调节传动带的松紧程度，保证了传动轴发生造斜时传动带能有效的将传动电机的动力传递给传动轴，非常适合组合轴承疲劳寿命实验的研究。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的剖面结构示意图；
图3为本发明左偏转件的立体结构示意图；
图4为图3的爆炸结构示意图；
图5为图3的侧视结构示意图；
图6为图5中A-A向的剖面结构示意图；
图7为图2中左加载套的立体结构示意图；
图8为图2中右加载套的立体结构示意图；
图9为图2中中加载套的立体结构示意图；
图10为图2中调心滚子套的立体结构示意图；
图11为图2中左端套的立体结构示意图；
图12为图2中右端套的立体结构示意图。
图中：1、机架，2、试验头，3、传动电机，4、张紧轮，5、壳体，6、传动轴，7、左加载套，8、右加载套，9、中加载套，10、轴向加载件，11、左偏转件，12、右偏转件，13、玻璃盖板，14、油管通道，15、传动带，16、衬板，17、测温孔，18、调心滚子套，19、进油孔，20、调节液压缸，21、固定套圈，22、安装架，23、滚针轴承，24、装配凹槽，25、液压缸安装槽，26、限位槽，27、节流阀，28、外套圈，29、左止推垫圈，30、右止推垫圈，31、轴向油缸端盖，32、轴向油缸橡皮膜，33、轴向活塞，34、轴向活塞套，35、端盖，36、左端套，37、右端套，38、供油接口。
具体实施方式
该组合轴承疲劳寿命实验装置由机架1、试验头2和传动电机3构成，机架1上固装有传动电机3，传动电机3一侧的机架1上固装试验头2，传动电机3通过传动带15与试验头2连接，传动带15上通过机架1装有张紧轮4，工作中，通过机架1调整张紧轮4的高度，有效保证传动带15的张紧度。
该装置的试验头2由壳体5、传动轴6、左加载套7、右加载套8、中加载套9、轴向加载件10、左偏转件11和右偏转件12构成，壳体5为上端开口的矩形体，壳体5的上端口上安装有玻璃盖板13，壳体5底部设置有油管通道14，壳体5内通过衬板16对称状安装有左加载套7和右加载套8，左加载套7和右加载套8分别为对称结构，左加载套7由左上加载套和左下加载套构成，左上加载套上径向设置有测温孔17，右加载套8由右上加载套和右下加载套构成，右上加载套上径向设置有测温孔17。
左加载套7和右加载套8之间装有中加载套9，中加载套9由中上加载套和中下加载套构成，中加载套9内套装有调心滚子套18，中上加载套与调心滚子套18上径向对应设置有测温孔17，中下加载套与调心滚子套18上径向对应设置有进油孔19，工作中润滑系统经壳体5上油管通道14通过进油孔19向待测工件和传动轴6输送润滑油。
左加载套7和右加载套8内通过对称设置的左端套36和右端套37对应状安装有左偏转件11和右偏转件12，左偏转件11和右偏转件12由调节液压缸20、固定套圈21、安装架22和滚针轴承23构成，固定套圈21的中心位置上设置有装配凹槽24，装配凹槽24的圆周上呈120°均布有液压缸安装槽25，液压缸安装槽25与装配凹槽24连通，装配凹槽24内装有安装架22，安装架22与固定套圈21之间设置有间隙，安装架22圆周上与液压缸安装槽25对应设置有限位槽26。
安装架22内通过端盖35对称装有滚针轴承23，滚针轴承23的作用是：当传动轴6被安装架22顶起偏心时，通过安装架22的滚针轴承23与传动轴6滑动接触连接，使得传动轴6依然保持转动状态；滚针轴承23的两端由端盖35固定，防止滚针轴承23出现径向位移。
液压缸安装槽25内装有调节液压缸20，调节液压缸20上通过外套圈28装有节流阀27，左偏转件11的各调节液压缸20通过节流阀27和油管经壳体5上油管通道14与液压站连接，右偏转件12的各调节液压缸20通过节流阀27和油管经壳体5上油管通道14与液压站连接，调节液压缸20的活塞杆与安装架22的限位槽26接触连接，工作中，通过左偏转件11和右偏转件12的各调节液压缸20相互配合，使得安装架22在固定套圈21的装配凹槽24内发生偏移，安装架22上的滚针轴承23带动传动轴6产生倾斜，达到传动轴6造斜运动的目的，从而有效的模拟井下工况，以满足高造斜率钻井作业的组合轴承寿命研究需求。
左偏转件11和右偏转件12之间对应安装有左止推垫圈29和右止推垫圈30，左止推垫圈29上设置有与左上加载套对应的测温孔17，右止推垫圈30上设置有与右上加载套对应的测温孔17，工作中，利用测温仪器通过测温孔17对待检测工件进行温度检测。
左端套36、右端套37、左止推垫圈29、右止推垫圈30、左偏转件11和右偏转件12的中心部位装有传动轴6，传动轴6的一端延伸至壳体5外端，延伸至壳体5外端的传动轴6端头固装有传动轮，传动轮通过传动带15与传动电机3传动连接，工作中，传动电机3的动力通过传动带15和传动轮的配合传递给传动轴6。
壳体5一端固装有轴向加载件10，轴向加载件10由轴向油缸端盖31、轴向油缸橡皮膜32、轴向活塞33和轴向活塞套34构成，轴向活塞套34安装在壳体5上，轴向活塞套34内设置有轴向活塞33，轴向油缸端盖31在轴向油缸橡皮膜32的密封下通过螺栓固定在壳体5的侧壁上；轴向油缸端盖31呈凹槽状，轴向油缸端盖31的凹槽与轴向油缸橡皮膜32之间形成轴向油缸压力腔，轴向油缸压力腔的供油接口38设置在轴向油缸端盖31上，轴向油缸压力腔为封闭腔，轴向加载件10与右加载套8间歇接触连接。工作中，液压站通过供油接口向轴向油缸压力腔供油，使得轴向油缸压力腔的体积逐渐变大，通过轴向油缸橡皮膜32对轴向活塞33产生一个推力，轴向活塞33将这个推力依次传递给右加载套8、中加载套9和左加载套7上，壳体5对左加载套7产生一个反作用力，从而实现对待测试工件施加一个轴向载荷。
该实验装置使用时，首先将待检测工件（组合轴承）与试验头2的传动轴6配合安装，然后通过左偏转件11和右偏转件12使传动轴6发生偏转，形成一个偏心位移矢量，以使传动轴6和待检测工件精准的满足高造斜率钻井作业的工况，传动轴6满足条件后，通过轴向加载件10对左加载套7、右加载套8、中加载套9进行加载，使待检测工件满足试验所需要的载荷，启动电机，电机通过传动轮和传动带15的配合带动传动轴6发生转动，即，通过检测仪器开始对待检测工件进行温度和振动的监测。
具体为：当传动轴6需要模拟高造斜率钻井作业工况时，通过液压站分别对左偏转件11和右偏转件12的各个调节液压缸20注入油液，控制液压站的油液输入量，从而控制调节液压缸20的活塞杆伸出的长度，由于固定套圈21与安装架22预留了6mm的间隙，调节液压缸20在固定套圈21上呈120°均布，调节液压缸20的活塞杆行程为6mm，液压站的油液经壳体5的油管通道14通过油管和节流阀27注入调节液压缸20内部，使调节液压缸20的活塞杆与安装架22的限位槽26接触连接，左偏转件11和右偏转件12各调节液压缸20的活塞杆对安装架22施加一个力的作用，通过各调节液压缸20的活塞杆相互配合，使得安装架22在固定套圈21的装配凹槽24内能在360°范围内产生一个偏心位移矢量，偏移的量为6mm，从而能实现传动轴6在360°范围内偏移6mm。
轴向载荷的施压由液压系统比例阀调定压力的液压油通过供油接口38进入轴向加载系统中轴向油缸压力腔，通过轴向油缸橡皮膜32推动轴向活塞33产生一定的推力和微量位移，该推力通过轴向活塞33传递到右加载套8、中加载套9和左加载套7上，左加载套7将力传递至壳体5上，壳体5给予左加载套7一个反作用力，从而使得左加载套7与右加载套8之间相互挤压，通过右端套37、右偏转件12、右止推垫圈30、左端套36、左偏转件11和左止推垫圈29相互配合，将轴向载荷传递给待检测工件，以实现对该待检测工件施加轴向载荷。启动电机，电机通过传动轮和传动带15的配合带动传动轴6发生转动，即，通过检测仪器由测温孔17开始对待检测工件进行温度和振动的监测。
Claims (7)
1.一种组合轴承疲劳寿命实验装置，它由机架(1)、试验头(2)和传动电机(3)构成，机架(1)上固装有传动电机(3)，传动电机(3)一侧的机架(1)上固装试验头(2)，传动电机(3)通过传动带(15)与试验头(2)连接，传动带(15)上通过机架(1)装有张紧轮(4)，其特征在于：所述的试验头(2)由壳体(5)、传动轴(6)、左加载套(7)、右加载套(8)、中加载套(9)、轴向加载件(10)、左偏转件(11)和右偏转件(12)构成，壳体(5)内通过衬板(16)对称状安装有左加载套(7)和右加载套(8)，左加载套(7)和右加载套(8)之间装有中加载套(9)，左加载套(7)和右加载套(8)内通过对称设置的左端套(36)和右端套(37)对应状安装有左偏转件(11)和右偏转件(12)，左偏转件(11)和右偏转件(12)之间对应安装有左止推垫圈(29)和右止推垫圈(30)，左端套(36)、右端套(37)、左止推垫圈(29)、右止推垫圈(30)、左偏转件(11)和右偏转件(12)的中心部位装有传动轴(6)，传动轴(6)的一端延伸至壳体(5)外端，延伸至壳体(5)外端的传动轴(6)端头固装有传动轮，壳体(5)一端固装有轴向加载件(10)，轴向加载件(10)与右加载套(8)间歇接触连接；
所述左加载套(7)和右加载套(8)分别为对称结构，左加载套(7)由左上加载套和左下加载套构成，左上加载套上径向设置有测温孔(17)，右加载套(8)由右上加载套和右下加载套构成，右上加载套上径向设置有测温孔(17)；
所述左偏转件(11)和右偏转件(12)由调节液压缸(20)、固定套圈(21)、安装架(22)和滚针轴承(23)构成，固定套圈(21)的中心位置上设置有装配凹槽(24)，装配凹槽(24)的圆周上均布有液压缸安装槽(25)，液压缸安装槽(25)与装配凹槽(24)连通，装配凹槽(24)内装有安装架(22)，安装架(22)内通过端盖(35)对称装有滚针轴承(23)，液压缸安装槽(25)内装有调节液压缸(20)，调节液压缸(20)的活塞杆与安装架(22)接触连接。
2.根据权利要求1所述的一种组合轴承疲劳寿命实验装置，其特征在于：所述的壳体(5)为上端开口的矩形体，壳体(5)的上端口上安装有玻璃盖板(13)。
3.根据权利要求1所述的一种组合轴承疲劳寿命实验装置，其特征在于：所述的中加载套(9)由中上加载套和中下加载套构成，中上加载套上径向设置有测温孔(17)，中下加载套上径向设置有进油孔(19)，中加载套(9)的内套装有调心滚子套(18)。
4.根据权利要求1所述的一种组合轴承疲劳寿命实验装置，其特征在于：所述的安装架(22)圆周上与液压缸安装槽(25)对应设置有限位槽(26)，限位槽(26)与调节液压缸(20)的活塞杆配合卡接。
5.根据权利要求1所述的一种组合轴承疲劳寿命实验装置，其特征在于：所述的液压缸安装槽(25)呈120°设置。
6.根据权利要求1所述的一种组合轴承疲劳寿命实验装置，其特征在于：所述的调节液压缸(20)上通过外套圈(28)装有节流阀(27)。
7.根据权利要求1所述的一种组合轴承疲劳寿命实验装置，其特征在于：所述的轴向加载件(10)由轴向油缸端盖(31)、轴向油缸橡皮膜(32)、轴向活塞(33)和轴向活塞套(34)构成，轴向活塞套(34)安装在壳体(5)上，轴向活塞套(34)内设置有轴向活塞(33)，轴向油缸端盖(31)在轴向油缸橡皮膜(32)的密封下通过螺栓固定在壳体(5)上；轴向油缸端盖(31)呈凹槽状，轴向油缸端盖(31)的凹槽与轴向油缸橡皮膜(32)之间形成轴向油缸压力腔，轴向油缸压力腔的供油接口(38)设置在轴向油缸端盖(31)上，轴向油缸压力腔为封闭腔。
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