Стенд для испытания и исследования устройств с силовым мартенситным приводом для проходки скважин в грунте

 

Изобретение относится к горной и строительной отраслям и м.б. использовано для испытания и исследования рабочих частей и самих устройств для проходки скважин в грунте с силовым мартенситным .приводом. Цель изобретения - расширение области применения. Короб 1 в виде трубы с имитатором 2 сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа 3 исследуемого устройства 4 имеет отверстие 5. Имитаторы 7 и 8 сопротивляемости грунта внедрению головного 9 и хвостового 10 стопорных элементов имеют прижимные колодки .11. Жесткость имитаторов 7, 8 регулируется механизмами 15. На коробе 1 закреплены опорные плиты 22-25. В плитах 23, 24 выполнены отверстия 26, 27 для передачи усилий на динамометры 18. Показания динамометров 18 фиксируются самописцами для анализа. Короб 1 имеет смотровые окна 34-36 для визуального наблюдения за исследуемым устройством 4. Имитатор 2 выполнен в вщ;е капсулы с прозрачными стенками. Грунт в капсуле уложен слоями, которые содержат люминофор в виде шариков с ферромагнитными частицами. Это позволяет получить деформационную картину при внедрении рабочего органа 3 в пъттатор 2. Стенд позволяет исследовать и доводить до рабочего состояния силовые элементы мартенситного привода в виде прутков, тарельчатых пружин, сильфонов. 5 з.п. ф-лы, 6 ил. с (Л «и ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 E 02 F 5/18, С 01 М 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (2 1) 4207646/22-03 (22) 28.01.87 (46) 30.08.88. Бюл. В 32 (75) И.М.Кондраков, В.Е.Афанасьев, Ю.П.Саламатов и Э.Г.Чайковский (53) 621.643.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 362213, кл. F. 02 F 5/18, 1971.

Авторское свидетельство СССР

1167275, кл. Е 02 F 5/18, 1984. (54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВ С СИЛОВЫМ МАРТЕНСИТНЫМ ПРИВОДОМ ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН В

ГРУНТЕ (57) Изобретение относится к горной и строительной отраслям и м.б. использовано для испытания и исследования рабочих частей и самих устройств для проходки скважин в грунте с силовым мартенситным приводом.

Цель изобретения — расширение области применения. Короб 1 в виде трубы с имитатором 2 сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа 3 исследуемого устройства 4 имеет отверстие

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

„„SU„„1420125 А1

5. Имитаторы 7 и 8 сопротивляемости грунта внедрению головного 9 и хвостового 10 стопорных элементов имеют прижимные колодки 11. Жесткость имитаторов 7, 8 регулируется механизмами 15. На коробе 1 закреплены опорные плиты 2?-25. В плитах 23, 24 выполнены отверстия 26, 27 для передачи усилий на динамометры 18. Показания динамометров 18 фиксируются самописцами для анализа. Короб 1 имеет смотровые окна 34-36 для визуального наблюдения за исследуемьгм устройством

4. Имитатор 2 выполнен в виде капсу.лы с прозрачными стенками. Грунт в капсуле уложен слоями, которые содержат люминофор в виде шариков с ферромагнитными частицами. Это позволяет получить деформационную картину при внедрении рабочего органа 3 в имитатор 2. Стенд позволяет исследовать и доводить до рабочего состояния силовые элементы мартенситного привода в виде прутков, тарельчатых йружин, сильфонов. 5 з.п. A-лы, 6 ил .

I 420 I;! 5

П о рете вне относится к ГОрн(н:

Промышленности и строительству и моМсгг бьггь использовано пля испытания ,и исследования рабочих частей и уст5 ройств для проходки скважин н грунте с силовым транспортным приводом.

Пель изобретения — расширение области применения стенда.

На фиг.1 показан стенд, общий вид, 10 с разрезом; на фиг.2 — то же, нид сверху; на фиг.3 — оборудование стен:да для испытания силовых элементов

,в виде сипьфонов, на фиг.4 — разрез

A-А на фиг.3; на фиг.5 — разрез капсулы с грунтом; на фиг.6 — разрез Б-Б на фиг.5.

Стенд для испытания и исследования

: устройств для проходки скважин в . грунте состоит из короба 1 в виде 20

:трубы с имитатором 2 сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа 3 исследуемого устройства 4, имеющего отверстие 5 для рабочего органа 3, подвижный диск 6, расположенные в ко- 25 робе 1, имитаторон 7 и 8 сопротивляемости грунта внедрению головного 9 и хвостового 10 стопорных элементов, которые содержат прижимные колодки 11 с упругими элементами 12 и связанные с тарированной пружиной 13 и 14, снабженных механизмами 15 регулирования жесткости. При этом имитатор 2 сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа 3 выполнен в виде тарированной пружины 16, размещенной в камере, являющейся продолжением короба 1, один конец которой опирается на подвижную опорную плиту 17 для динамометра 18, а другой — на подвижный 40 диск 6, имеющий пазы 19 (фиг.4), в которых расположены ролики 20, опирающиеся на направляющие 21. Короб 1 с обоих торцов снабжен съемными попарно расположенными опорными плитами 45

22-25, плиты 23 и 24 имеют отверстия

26 и 27 для передачи усилий на динамометры 18. Исследуемое устройство 4 хвостовой частью опирается на опорную плиту 28, которая, как и плита 24, имеет возможность жестко крепиться к коробу 1 при помощи болтов. Подвижный диск 6 упирается под действием пружины 16 в жестко закрепленное на коробе 1 кольцо 29, ограничивающее пространство имитатора 2. Опорные

55 плиты 22 и 23, 24 и 25 соединены между собой штырями 30. А механизмы регулирования жесткости пружин 14 опираюгся и корон 1 ч .р < 1.оп 1 31

> быть прикрепченз рительная линейка 32, указатель 33 которой размещен на опорной пчощадке. Линейка 32 может иметь две шкальы деформации и создаваемого на опорах усилия. Для визуального паблюдепия за рябо гой исследу-емого устройства 4 короб 1 имеет смотровые окн» 34-36, а также окно 37 для подводки к устройству 4 соединительного .кабеля 38.

Приспособление для термоциклирования содержит контрольный с ионой элемент 39 (фиг.2) с фиксирующей втулкой 40, а два жестко закрепленных ча опорных плитах 23 и 25 кронштейна 4 1 и 42, на одном из которых установлен фиксатор 43 силового элемента 39, а на другом — клиновое зажимное приспособление, состоящее из втулок с рукоятками 44 и 45 вкручинаемых одна в другую, клиновых половинок 46, при этом на втулке 45 имеется кр< нштейн

47, который канатом 48 через блок 49 связан с растягивающим грузом (условно не показан). Фиксатор 43 и зажимное приспособление электрически изолированы от кронштейнов 41 и 42 и имеют выводы 50 для подключения электропитания.

Имитатор сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа выполнен в ниде капсулы 51 с прозрачными стенками с грунтом 52 (фиг.5 и 6) и составлен из двух половинок 53 и 54, имеющих в месте соединения паэ 55 для введения режущего ножа. Капсула 51 снабжена двумя торцовыми крышками 56, и 57, в крышке 57 имеется отверстие

58 для введения рабочего органа 3.

На поверхности капсулы 51 нанесена координатная сетка 59.

Для термоциклирования силовых мар тенситных приводов в виде сильфонов

60 один конец их крепится к подвижной опоре (фиг.3), снабженной торсионом

61 с фиксирующей муфтой 62, скользящим по направляющим 21, а другой — к муфте 63, например, н виде втулки.

Для охлаждения сильфонов стенд снабжен вентилятором 64, а также может быть подключен к компрессору.

Грунт в капсуле 51 уложен слоями в определенной последовательности, слой 65 представляет собой обычный грунт, а в слой 66 введен люминофор в виде мелких шариков 67, содержащих ферромагнитные частицы. В качестве

5 4 тельно вводят датчики и месдозы с таким условием, чтобы грунтовый массив можно было разрезать на две части. В случае необходимости создания грунта с заданными свойствами его предпочтительно подпрессовывают прижимной плитой 68. Затем в короб 1 устанавливают устройство 4, упирая его торец в плиту 28 (фиг.1), которую затем закрепляют на коробе 1, а рабочий орган 3 вставляют в отверстие

5 в подвижном диске 6. При размещении в корпусе 2 пружины 16 на полках плит

22 и 23 размещают динамометр 18, имеющий шкалу на порядок выше жесткости тарированной пружины 16.

При исследовании рабочего цикла устройства и определении значений создаваемых мартенситным приводом усилий в качестве имитатора 2 используют пружину 16, которая через опорную плиту 17 опирается на динамометр

18, прижимаемый к плите 23 подтягиванием гаек на штырях 30. Одновременно с помощью рычагов имитатора 8 к хвостовому элементу 10 прижимаются колодки 11. Затем включается работа устройства 4, его хвостовой стопорный элемент 10 после фиксации в колодках

11 сжимает пружины 14 имитатора 8, а указатель 33 регистрирует на линейке 32 значение вдавливающего усилия.

Затем включается нагрев мартенситного привода устройства 4, который после нагрева до температуры обратного мартенситного перехода начнет сжимать пружину 16 на величину хода устройства 4. При этом по линейке (не показана) определяется усилие прокола или сопротивление грунта проколу, одновременно оно будет характеризовать и генерируемое мартенситным приводом механическое усилие. Процесс деформации пружины 16 может быть также записан на самописец (не показан), что позволит судить о характере нагружения пружины 16 и росте генерируемых мартенситным приводом усилий.

Для определения величины реактивного усилия, генерируемого мартенситным приводом, пружина 16 предварительно деформируется на 80-.907 своей жесткости. При достижении температуры мартенситного перехода мартенситный привод, не имея возможности принять свою заданную форму, начнет генерировать реактивные усилия, которые регистрируются динамометром 18. Для on3 142012 люминофора может быть использован сернистый цинк (ZnS), активированный медью и кобальтом, или силикат цинка, активированный марганцем. А в качестве ферромагнитных частиц может быть использована окалина (РезО,1) или стальные опилки. Кроме того, капсула

51 снабжена винтовым домкратом с прижимной плитой 68, что позволяет имитировать грунты различной плотности.

Контрольный силовой элемент 39 изготавливается в виде прутка из материала с эффектом памяти формы, например никелида титана (54-56Х никеля, остальное титан). Для отработки у прутка 39 обратимой памяти формы, его предварительно отжигают с приданием ему прямолинейной формы в штампе при 450 С в течение 1,5 ч. После остывания пруток извлекают из штампа и деформируют на разрывной машине типа Р-5 при комнатной температуре на величину порядка 4-10Х от его перво3 начальной длины. А затем устанавлива- 25 ют на стенд и через фиксирующую втулку 40 соединяют канатом, переброшенным через блок 49 с грузом (не показан), равным 1/8-1/3 величины усилия, генерируемого силовым элементом 39 З0 при мартенситных превращениях. При этом концы прутка 39 подключаются через выводы 50 к источнику электрического тока и производится периодически нагрев — охлаждение. После 70100 таких циклов пруток приобретает устойчивую обратимую память формы.

Далее он может сам служить в качестве контрольного силового элемента и.использоваться для деформации следующих 4О силовых элементов, не применяя при этом разрывной машины. Нагрев. силовых элементов осуществляется следующим образом: прутков — непосредственно пропусканием электрического тока че- 45 . Рез них, cRJlbAQHOB — нагревательными элементами, например, в виде пленочных или обычных электронагревателей.

Управление всем процессом (циклирования) осуществляется блоком управле- ния (условно не показан).

Стенд для испытания и исследования устройств для проходки скважин в грунте работает следующим образом.

Перед началом испытания коРпус имитатора 2 заполняют пружиной 16 или вставляют в него капсулу 51 с грунтом. При заполнении капсулы 51 грунтом слоями 65 и бб, в них предвари1420 ределения усилия вдавливания головного стопорного элемента 9 отключается нагрев мартенситного привода устрой ства 4 и хвостового стопорного эле5 мента 10, затем включается нагрев ! силовых элементов (не показаны) стопорного элемента 9. По сжатию тарированной пружины 14 определяется искомое усилие. О

Реактивные усилия могут быть так.;же определены и с помощью динамомет;ра 18, расположенного в хвостовой части стенда, т.е. между плитами 24 и 25. С этой целью подвижный диск 6 ,жестко фиксируется на стенках корпуса имитатора 2, а опорная плита 28 имеет возможность свободно скользить по поверхности короба 1. Через цилиндрический стакан, пропущенный через 2О . отверстие 27, усилие от устройства 4 передается на динамометр 18. А при размещении между опорными плитами 28 и 24 пружины 16 можно определять сопротивляемость хвостового стопорнога 25 элемента 10 действию прокалывающего усилия, Для исследования зависимости усилия силового мартенситного привода при обратном ходе от снижения температуры устройство 4 фиксируется в колодках 11 хвостового стопорного элемента и осуществляется охлаждение его мартенситного привода. Падение механического усилия регистрируется

I самописцем или с линейки (не показаны) снимаются показания тарированной пружины 16.

При исследовании внедрения в грунт рабочего органа 3 устройства 4 вместо щ пружины 16 в корпус 2 помещают капсулу 51 с грунтом. Далее работа стенда аналогична указанной. Сднако после внедрения рабочего органа 3 в грунт в капсуле осуществляют охлаждение @5 мартенситного привода, под действием чего устройство возвращается в исходное положение, извлекая из грунта рабочий орган 3. A капсула 51 с грунтом извлекается из корпуса 2 и иссле- 5О дуется деформационная картина грунта по сетке 59 на поверхности капсулы 51. Затеи в пазы 55 (фиг.6) вставляется режущий нож (He показан) до выхода его на противоположной стороне — паз 55, снимаются крышки 56 и 57 и капсула 51 с грунтом делится на две части 53 и 54. Полученный срез продеформированного грунта ос-25 6 вешается обычным или ультрафиолетовым источником света и с него делается снимок. Кроме этого, производится визуальное исследование полученной деформационной картины, координатной сеткой служат чередующиеся полосы 65 и 66 грунта, слой 66, содержащий люминофор, создает контрастную деформационную картину, которую можно также исследовать обычными способами и средствами (линейкой, угломером и т.д.), A для получения более полной картины происходящих в грунтовом массиве процессов одновременно с внедрением рабочего органа в грунт осуществляется регистрация напряжений и деформаций с помощью датчиков и месдоз, находящихся в массиве грунта.

Указанная работа стенда относится к непосредственному исследованию, испытанию и доводке устройства. Но одновременно с исследованием устройства 4 на стенде могут бь1ть испытаны, исследованы и доведены до стабильного рабочего состояния силовые элементы мартенситного привода, например, в виде прутков, тарельчатых пружин, сильфонов. С этой целью силовой элемент, например в виде прутка, закрепляется во втулке 40 и в клиновом зажимном приспособлении 42, к которым через блок управления (не показан) подключен источник электроэнергии.

При подаче электрического тока на контрольный силовой элемент 39 он, нагреваясь, сократится на величину хода устройства, растягивая одновременно на эту же величину испытуемый силовой элемент. После охлаждения элемента 39 включается нагрев испытуемого силового элемента, теперь он вернется,к начальной длине, растягивая при этом контрольный силовой элемент 39 на ту же величину длины.

Таким образом осуществляется термоциклирование силового элемента без применения дорогостоящих разрывных машин. Все изменения, происходящие с прутками во время термоциклирования, регистрируются соответствующей аппаратурой и измерительными устройствами (термодатчиками, самописцами, динамометрами растяжения и т.п.).

Например, могут быть исследованы как различные режимы термоциклирования, так и зависимость генерируемых напряжений от степени деформации силовых элементов и т.п. А для исследова1420125

5С

55 ния скорости нагрева и охлаждения исследуемый и контрольный элементы

39 помещаются в цилиндрическую трубку из диэлектрика, при этом один конец трубки подключается к вентилятору или компрессору. Измечяя режимы подачи охлаждающего воздуха или смеси воздуха с водой, можно подобрать наиболее оптимальные режимы термоциклов прутков уже в самом устройстве, заранее определяя таким образом скорость проходки устройства в грунте.

Для исследования, испытания и отработки обратимой памяти формы и стабильных параметров у мартенситных приводов в виде сильфонов исследуемый сильфон Аиксируют одним концом в муфте 62, а другим во втулке 63. Затем включает его нагрев, раскручиваясь по спирали, сильАон 60 из-за жестко закрепленной к коробу 1 втулки 63 начнет закручивать торсион и одновременно перемещать его по направляющим 21, сжимая пружину 16. Возникающий при этом крутящий момент и усилие, направленное по оси сильфона 60, регистрируются соответствующими дат1 чиками и аппаратурой (не показаны) или определяются визуально со шкал оттарированных линеек. Дпя определения реактивных усилий прокола и срутящего момента торсион 61 жестко фиксируется на коробе 1, а требуемые параметры определяются с помощью тензодатчиков.

Для отработки обратимой памяти процесс термоциклирования силовых элементов мартенситного привода осуществляется многократно.

Таким образом, весь комплекс исследований, испытаний и доводки устройств для проходки скважин с мартенситным приводом и их отдельных элементов, выполненных из материала с эффектом памяти Аормы, может быть осуществлен на предлагаемом стенде. иормул а из о брете ния

i. Стенд для испытания и исследования устройств с силовым мартенситным приводом для проходки скважин в грунте, включающий короб с имитатором сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа, имеющий прозрачные стенки с координатной сеткой на поверхности и отверстие в одной из стенок для рабочего органа и прижимной узел в виде винтовых домкратов с пли5

2О

ЗО тами, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, он снабжен приспособлениями для термоциклирования силовых элементов мартенситного привода, vcòàíîâленным в коробе подвижным диском с пазами для размещения в них направляющих, выполненных на внутренней поверхности кброба, опорными плитами, размещенными на торцах короба и имитаторами сопротивляемости грунта внедрению стопорных элементов, которые выполнены с прижимными колодками, упругими элементами и тарированными пружинами с механизмом регулирования жесткости.

2. Стенд по п.t, о т л и ч а ю— шийся тем, что приспособление для термоциклирования силовых элементов мартенситного привода имеет вид прутков, установлено на внешней поверхности короба и выполнено с контрольным силовым элементом, фиксирующей втулкой и двумя жесткими опорами, на одной из которых закреплен фиксатор силового элемента, а на другой закреплено посредством кронштейна клиновое зажимное приспособление, при этом контрольный силовой элемент выполнен из материала с термомеханической памятью и с возможностью сокращения на величину хода исследуемого мартенситного привода.

3. Стенд по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что приспособление для термоциклирования силовых элементов мартенситного привода имеет вид сильАонов, установлено внутри короба и выполнено с подвижной опорой, торсионом, муфтой сцепления, фиксирующей втулкой и вентилятором, при этом опора связана с направляющими короба.

4. Стенд по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что имитатор сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа выполнен в виде тарированной пружины, связанной с подвижным диском и опорной плитой.

5. Стенд по ц.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что имитатор сопротивляемости грунта внедрению рабочего органа выполнен в виде капсулы с грунтом, при этом стенки капсулы выполнены составными с пазом для введения разделяющего ножа.

1420125

6. Стенд по пп.1 и 5, о т л и ч аю шийся тем, что грунт в капсуле уложен слоями, при этом часть слоев содержит люминофор в виде мелких шариков с ферромагнитными частицами.

Фиг.6

Составитель .С.Робатень

Техред А.Кравчук Корректор М.111ароши

Редактор О.Спесивых

Тираж Ь37 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4298/30

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4