CN114018559A - 一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置 - Google Patents

一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置 Download PDF

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董世民
李海祥
王树强
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Abstract

本发明涉及一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,包括液压加载组件、受载组件、外管、夹持与测量组件、杆柱试件和底架;所述杆柱试件处在外管之中,两端分别连接液压加载组件和受载组件,所述外管由夹持组件固定,沿长度均匀安装有测量组件;所述液压加载组件设有拉压力传感器和直线位移传感器;所述受载组件设有静态扭矩传感器。本发明的优点在于既能观察杆柱试件在实验过程中的屈曲状态,又能模拟杆柱试件拉伸压缩过程的横向振动和屈曲的耦合作用,液压加载还可以控制系统输出载荷更贴合随时间变化的预设曲线。

Description

一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置
技术领域
本发明涉及机械采油技术领域,尤其涉及一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置。
背景技术
抽油杆柱在有杆抽油系统中是非常重要的构件之一,它是否正常工作直接关系到机械采油的经济效益。当抽油杆柱在油井中做往复运动时,抽油杆由于受到油管的约束与各类环境载荷的影响而发生屈曲变形和横向振动,产生过大侧向变形的杆柱段与油管相接触,从而致使杆管偏磨,以致缩短了抽油杆柱的使用寿命,在环境条件极其恶劣的工况下很可能造成抽油杆柱的断脱事件。液压加载不仅更符合工程实际中抽油杆柱的工作环境,而且系统具有过载保护、动作安全可靠、可以实现无极调速、响应速度快的优点。基于上述原因,研究基于程序控制的液压加载抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置具有重要的意义。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,在液压轴向加载力的作用下,模拟和测量杆柱在轴向力的作用下产生的屈曲和横向振动,通过测量和计算各个实验传感器的数据,进一步研究完成液压加载的抽油杆柱的横向振动与动力屈曲的理论模型。
本发明采用的技术方案如下:
本发明所提出的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,包括液压加载组件、受载组件、外管、夹持与测量组件、杆柱试件和底架;所述杆柱试件设置在外管内;所述外管通过夹持与测量组件夹紧并固定在底架的上表面;所述杆柱试件的两端分别连接液压加载组件和受载组件;
所述液压加载组件包括油箱、电机、齿轮泵、单向阀、过滤器、阀块装配、带显示的压力传感器、液压缸、直线位移传感器、拉压力传感器、凹凸接头和固定接头;所述油箱设置在底架端部的一侧;所述电机的输出轴通过联轴器连接齿轮泵;所述电机和齿轮泵通过螺栓安装在油箱的上盖板上;所述齿轮泵的进油口连接过滤器,出油口通过油管连接单向阀;所述单向阀通过油管连接阀块装配的进油口,所述阀块装配的回油口通过油管连接油箱;所述阀块装配的两个工作油口通过油管分别连接液压缸的两个油口,此两条油路上安装带显示的压力传感器;所述液压缸通过螺栓固定于底架端部上表面;所述直线位移传感器的测试端通过吸盘连接固定接头;所述固定接头两端分别连接液压缸的活塞杆和拉压力传感器;所述拉压力传感器通过凹凸接头与杆柱试件的一端连接。
进一步的,所述阀块装配包括支撑架、阀块、安全阀、比例溢流阀和换向阀;所述支撑架安装于油箱上盖板;所述阀块安装于支撑架上;所述安全阀和比例溢流阀安装于阀块的侧面;所述换向阀安装在阀块的顶面;所述阀块上设置有进油口、回油口和两个工作油口;所述阀块的进油口连接单向阀所在管路,回油口通过油管直接连接油箱上盖板的回油接口,两个工作油口通过油管分别连接液压缸的两个油口。
进一步的,所述受载组件包括静态扭矩传感器、后挡板、可铰接可固定接头和特定接头;所述特定接头一端连接杆柱试件的另一段,另一端连接静态扭矩传感器;所述可铰接可固定接头一侧通过法兰面连接静态扭矩传感器,另一侧通过螺纹固定在后挡板上;所述后挡板通过螺栓固定于底架端部上表面。
进一步的,所述夹持与测量组件包括夹持组件和测量组件,其中的夹持组件包括上圆板和下底座两部分;所述上圆板内侧均铺垫橡胶垫以保护外管;所述上圆板两侧设置两个圆通孔;所述下底座两侧设置两个直槽通孔;所述下底座通过螺栓固定于底架上表面;所述测量组件包括两个空间位移传感器和一个支架,所述支架顶部和侧板上设有圆形通孔,所述空间位移传感器的端部穿过圆形通孔,通过两个螺母固定在支架上,所述支架跨跃外管并通过螺栓固定于底架上表面。
进一步的,所述固定接头包括弹簧垫片、平垫片、螺母、平板、转接头和支撑板;所述转接头两侧分别设置有螺扣和螺杆;所述转接头的螺扣一侧连接液压缸的活塞杆;所述平板、弹簧垫片、平垫片和螺母依次串在转接头的螺杆一侧;所述平板通过螺母与转接头固定;所述直线位移传感器通过吸盘固定在支撑板上,所述直线位移传感器前侧通过拉绳吸盘直接吸附在平板上;所述转接头的螺杆尾部连接拉压力传感器。
进一步的,所述可铰接可固定接头外侧设置有螺杆,内侧设置有转向块;所述可铰接可固定接头外侧通过螺杆连接后挡板,所述转向块通过法兰面连接静态扭矩传感器;所述转向块轴连接在接头内,且所述转向块上设置有平行于转轴的预留孔;所述可铰接可固定接头还具有可灵活使用的销轴,当销轴穿入接头中的预留孔时,此时用作固定接头,不安装销轴时,用作铰接接头。
进一步的,所述直线位移传感器、空间位移传感、拉压力传感器和静态扭矩传感器均连接至后台控制采集系统。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明采用闭环压力控制,可以较为精确控制系统输出压力,且利用比例溢流阀可以实现无极调压,实现复杂的压力控制曲线。
2、液压传动使执行元件运动更加均匀稳定,运动部件换向时无冲击,反应速度快,可实现频繁换向。
3、操作简单,调整控制方便,能方便的实现复杂的工作循环。
4、液压系统具有过载保护功能,使用安全可靠。
5、整体实验装置布局灵活,易于调整、安装和维修。
6、液压加载更符合抽油杆柱在实际工作环境中的状态。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明中液压加载的系统原理图;
图3是图1中的液压加载组件的结构示意图;
图4是图3中阀块装配的局部示意图;
图5是图3中固定接头的局部示意图;
图6是图1中夹持组件的结构示意图;
图7是图1中受载组件的结构示意图;
图8是图7中可铰接可固定接头的局部示意图;
图9是图1中测量组件的结构示意图。
其中,附图标记:1-液压加载组件;2-受载组件;3-外管;4-夹持与测量组件;5-杆柱试件;6-底架;7-油箱;8-电机;9-齿轮泵;10-单向阀;11-过滤器;12-阀块装配;13-带显示的压力传感器;14-液压缸;15-直线位移传感器;16-拉压力传感器;17-凹凸接头;18-固定接头;19-支撑块;20-阀块;21-安全阀;22-比例溢流阀;23-换向阀;24-弹簧垫片;25-平垫片;26-螺母;27-平板;28-转接头;29-支撑板;30-上圆板;31-下底座;32-特定接头;33-静态扭矩传感器;34-可铰接可固定接头;35-后挡板;36-空间位移传感器;37-支架;38-销轴。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是,在本发明的描述中,术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
参见附图1至9,给出了本发明所提出的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置的一个实施例的具体结构。所述装置包括液压加载组件(1)、受载组件(2)、外管(3)、夹持与测量组件(4)、杆柱试件(5)和底架(6)。
如图2所示,所述液压加载组件(1)的液压系统通过调节比例溢流阀(22)的阀芯的开度,可以连续变化的控制液压系统的输出压力,本装置采用闭环压力控制系统,通过带显示的压力传感器(13)将液压缸(14)的实际工作压力进行检测并反馈,借由后台系统进行调节,从而使液压加载更加贴合预先设计的压力加载曲线。
其中,如图3所示,所述液压加载组件(1)包括油箱(7)、电机(8)、齿轮泵(9)、单向阀(10)、过滤器(11)、阀块装配(12)、带显示的压力传感器(13)、液压缸(14)、直线位移传感器(15)、拉压力传感器(16)、凹凸接头(17)和固定接头(18);所述油箱(7)设置在底架(6)端部的一侧;所述电机(8)的输出轴通过联轴器连接齿轮泵(9),所述电机(8)和齿轮泵(9)通过螺栓安装在油箱(7)的上盖板上;所述齿轮泵(9)的进油口连接过滤器(11),所述过滤器(11)连接至油箱(7);所述齿轮泵(9)的出油口通过油管连接单向阀(10);所述单向阀(10)通过油管连接阀块装配(12)的进油口,所述阀块装配(12)的回油口通过油管连接油箱(7),所述阀块装配(12)的两个工作油口通过油管分别连接液压缸(14)的两个油口,此两条油路上安装带显示的压力传感器(13);所述液压缸(14)通过螺栓固定于底架(6)端部上表面;所述直线位移传感器(15)的测试端通过吸盘连接固定接头(18),所述固定接头(18)两端分别连接液压缸(14)的活塞杆和拉压力传感器(16);所述拉压力传感器(16)通过凹凸接头(17)与杆柱试件(5)的一端连接。
如图4所示,所述阀块装配(12)括支撑架(19)、阀块(20)、安全阀(21)、比例溢流阀(22)和换向阀(23);所述支撑架(19)安装于油箱(7)上盖板;所述阀块(20)利用螺钉安装于支撑架(19)上;所述安全阀(21)和比例溢流阀(22)通过长螺钉安装在阀块(20)的侧面;所述换向阀(23)通过长螺钉安装在阀块(20)的顶面;所述阀块(20)上设置有进油口、回油口和两个工作油口;所述阀块(20)的进油口连接单向阀(10)所在管路,回油口通过油管直接连接油箱(7)上盖板的回油接口,两个工作油口通过油管分别连接液压缸(14)的两个油口。
本实施例中,为使安装简单清晰使用阀块(20)替代部分管路,安全阀(21)和比例溢流阀(22)通过长螺钉安装在阀块(20)的侧面;换向阀(23)通过长螺钉安装在阀块(20)的顶面,阀块(20)内部设有互不相通的进油口通道、回油口通道和两个工作油口通道,油液通过阀块(20)内部的通道在各个阀体之间流通,齿轮泵(9)的出油口通过油管连接单向阀(10),单向阀(10)另一侧用油管连接阀块(20)的进油口,阀块(20)的进油口内部连通安全阀(21)、比例溢流阀(22)和换向阀(23)的进油口,阀块(20)的两个工作油口内部与换向阀(23)的两个工作油口连通,外部通过油管连接液压缸(14)的两个油口,阀块(20)的回油口内部连通安全阀(21)、比例溢流阀(22)和换向阀(23)的回油口,阀块(20)的回油口外部通过油管直接连接油箱(7)。
如图5所示,所述固定接头(18)包括弹簧垫片(24)、平垫片(25)、螺母(26)、平板(27)、转接头(28)和支撑板(29);所述转接头(28)的两侧分别设置有螺扣和螺杆;所述转接头(28)的螺扣一侧连接液压缸(14)的活塞杆;所述平板(27)、弹簧垫片(24)、平垫(25)和螺母(26)依次串在转接头(28)的螺杆一侧,所述平板(27)通过螺母(26)固定;所述直线位移传感器(15)通过吸盘固定在支撑板(29)上,所述支撑板(29)固定在底架(6)端部上表面;所述直线位置传感器(15)前侧通过拉绳吸盘直接吸附在平板(27)上;所述转接头(28)的螺杆尾部连接拉压力传感器(16)。
如图6所示,所述夹持与测量组件(4)夹持组件和测量组件构成;其中,所述夹持组件包括上圆板(30)和下底座(31)两部分;所述上圆板(30)由两个半圆板组成,半圆板内侧均铺垫橡胶垫以保护外管(3);所述半圆板的两侧设均置两个圆通孔;所述下底座(31)的两侧设置两个直槽通孔,所述下底座(31)通过螺栓固定于底架(6)上表面;所述上圆板(30)夹持在外管(3)的圆周外侧;所述夹持组件至少应设置有两组,本实施例中设置有三组,分别位于外管(3)的中部及两端。
如图7所示,所述受载组件(2)包括特定接头(32)、静态扭矩传感器(33)、可铰接可固定接头(34)和后挡板(35);所述特定接头(32)的一端连接杆柱试件(5),另一端连接静态扭矩传感器(33);所述可铰接可固定接头(34)一侧通过法兰面连接静态扭矩传感器(33);所述可铰接可固定接头(34)的另一侧通过螺纹固定在后挡板(35)上;所述后挡板(35)通过螺栓固定于底架(6)端部上表面。
如图8所示,所述可铰接可固定接头(34)外侧设置有螺杆,内侧设置有转向块;所述可铰接可固定接头(34)通过外侧的螺杆连接后挡板(35),内侧转向块通过法兰面连接静态扭矩传感器(33);所述转向块通过固定的转轴转动连接在接头内部,且所述转向块上设置有平行于转轴的预留孔;此接头还具有可灵活使用的销轴(38),当销轴(38)穿入转向块的预留孔时,此时用作固定接头,不安装销轴(38)时,可用作铰接接头。
如图9所示,所述测量组件包含两个空间位移传感器(36)和一个支架(37),支架(37)顶部和侧板上设有圆形通孔,空间位移传感器(36)的端部分别穿过圆形通孔,通过两侧的螺母固定在支架(37)上,外管(3)内的杆柱试件(5)相应位置设置空间位移传感器(36)的检测点,支架(37)跨跃外管(3)并通过螺栓固定于底架(6)上表面,本实施例中测量组件共设置有四组,沿着外管(3)长度方向均匀分布。
所述直线位移传感器(15)、空间位移传感器(36)、拉压力传感器(16)和静态扭矩传感器(33)均连接至后台控制采集系统。
利用本装置进行实验时,包括以下步骤:
A、准备实验,检查各个元器件是否安装牢固,接通电源,观察检测元器件是否正常显示,调节电机(8)的转速,加载预设程序,模拟实验过程;
B、开始实验,启动电机(8),换向阀(23)换向左位,使液压缸(14)的活塞杆前伸压缩杆柱试件(5),通过后台控制采集系统调节比例溢流阀(22)控制液压系统的压力,使液压缸(14)的输出力满足预先设计的压力时间曲线,此为实验的杆柱试件(5)受力压缩过程,观察实验现象并且将各个传感器所测得实验数据进行保存;
C、杆柱试件(5)压缩测试过程结束后,换向阀(23)换向右位,调节比例溢流阀(22),使液压缸(14)的活塞杆缩回,杆柱试件(5)逐渐由受压力转变成受拉力,此为杆柱试件(5)的受力拉伸过程,观察实验现象并且将各个传感器所测得实验数据进行保存;
D、上述两步骤可往复进行,待程序加载结束,本组实验完成后,调节换向阀(23)至中位,可关闭电机(8)完成实验或者进行下一组实验操作;进行不间断实验时,不需考虑杆柱试件(5)下个实验周期开始时的初始状态;
E、进行试验数据处理。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,其特征在于:所述装置包括液压加载组件、受载组件、外管、夹持与测量组件、杆柱试件和底架;所述杆柱试件设置在外管内;所述外管通过夹持与测量组件夹紧并固定在底架的上表面;所述杆柱试件的两端分别连接液压加载组件和受载组件;
所述液压加载组件包括油箱、电机、齿轮泵、单向阀、过滤器、阀块装配、带显示的压力传感器、液压缸、直线位移传感器、拉压力传感器、凹凸接头和固定接头;所述油箱设置在底架端部的一侧;所述电机的输出轴通过联轴器连接齿轮泵;所述电机和齿轮泵通过螺栓安装在油箱的上盖板上;所述齿轮泵的进油口连接过滤器,出油口通过油管连接单向阀;所述单向阀通过油管连接阀块装配的进油口,所述阀块装配的回油口通过油管连接油箱;所述阀块装配的两个工作油口通过油管分别连接液压缸的两个油口,此两条油路上安装带显示的压力传感器;所述液压缸通过螺栓固定于底架端部上表面;所述直线位移传感器的测试端通过吸盘连接固定接头;所述固定接头两端分别连接液压缸的活塞杆和拉压力传感器;所述拉压力传感器通过凹凸接头与杆柱试件的一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,其特征在于:所述阀块装配包括支撑架、阀块、安全阀、比例溢流阀和换向阀;所述支撑架安装于油箱上盖板;所述阀块安装于支撑架上;所述安全阀和比例溢流阀安装于阀块的侧面;所述换向阀安装在阀块的顶面;所述阀块上设置有进油口、回油口和两个工作油口;所述阀块的进油口连接单向阀所在管路,回油口通过油管直接连接油箱上盖板的回油接口,两个工作油口通过油管分别连接液压缸的两个油口。
3.根据权利要求1所述的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,其特征在于:所述受载组件包括静态扭矩传感器、后挡板、可铰接可固定接头和特定接头;所述特定接头一端连接杆柱试件的另一段,另一端连接静态扭矩传感器;所述可铰接可固定接头一侧通过法兰面连接静态扭矩传感器,另一侧通过螺纹固定在后挡板上;所述后挡板通过螺栓固定于底架端部上表面。
4.根据权利要求1所述的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,其特征在于:所述夹持与测量组件包括夹持组件和测量组件,其中的夹持组件包括上圆板和下底座两部分;所述上圆板内侧均铺垫橡胶垫以保护外管;所述上圆板两侧设置两个圆通孔;所述下底座两侧设置两个直槽通孔;所述下底座通过螺栓固定于底架上表面;所述测量组件包括两个空间位移传感器和一个支架,所述支架顶部和侧板上设有圆形通孔,所述空间位移传感器的端部穿过圆形通孔,通过两个螺母固定在支架上,所述支架跨跃外管并通过螺栓固定于底架上表面。
5.根据权利要求1所述的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,其特征在于:所述固定接头包括弹簧垫片、平垫片、螺母、平板、转接头和支撑板;所述转接头两侧分别设置有螺扣和螺杆;所述转接头的螺扣一侧连接液压缸的活塞杆;所述平板、弹簧垫片、平垫片和螺母依次串在转接头的螺杆一侧;所述平板通过螺母与转接头固定;所述直线位移传感器通过吸盘固定在支撑板上,所述直线位移传感器前侧通过拉绳吸盘直接吸附在平板上;所述转接头的螺杆尾部连接拉压力传感器。
6.根据权利要求3所述的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,其特征在于:所述可铰接可固定接头外侧设置有螺杆,内侧设置有转向块;所述可铰接可固定接头外侧通过螺杆连接后挡板,所述转向块通过法兰面连接静态扭矩传感器;所述转向块轴连接在接头内,且所述转向块上设置有平行于转轴的预留孔;所述可铰接可固定接头还具有可灵活使用的销轴,当销轴穿入接头中的预留孔时,此时用作固定接头,不安装销轴时,用作铰接接头。
7.根据权利要求3所述的一种液压加载的抽油杆柱横向振动与动力屈曲模拟装置,其特征在于:所述直线位移传感器、空间位移传感、拉压力传感器和静态扭矩传感器均连接至后台控制采集系统。
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