[發明專利]鉆井機器人摩擦塊測試系統及方法

有效

• 申請號: 202010913962.1
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112014093B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 趙建國;朱梓旭;劉清友;代繼樑;董潤;嚴宇杰;王寶寶;方世紀
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.鉆井機器人摩擦塊測試系統，其特征在于：它包括框架(1)、液壓A(13)、液壓B(2)、液壓C(3)、拉壓傳感器A(12)、拉壓傳感器B(7)、拉壓傳感器C(8)、位移傳感器A(4)、位移傳感器B(5)、擋板(9)、模擬井壁(10)、摩擦塊(11)、平移機構(6)組成，所述：液壓A(13)、液壓B(3)、液壓C(2)均用螺栓固定在框架(1)上；所述：拉壓傳感器A(12)、拉壓傳感器B(7)、拉壓傳感器C(8)通過固體膠連接在平移機構(6)上，平移機構(6)分別連接在液壓A(13)、液壓B(3)、液壓C(2)上；所述：位移傳感器A(4)、位移傳感器B(5)分別安裝在液壓B(3)、液壓C(2)的活塞上；

所述平移機構由滾軸(601)、本體(602)、滾珠(603)、滾軸壓板(604)、承壓板(605)、螺栓(606)組成，滾軸壓板(604)與本體(602)由螺栓連接；

本體(602)兩端加工有沉頭孔(6021)，上部加工有6～10個滾軸(601)安裝的圓弧槽(6022)，左右兩側加工滾珠(603)的安裝槽(6023)，安裝槽(6023)兩端設置矩形凸起(6024)。

2.根據權利要求1所述的鉆井機器人摩擦塊測試系統，其特征在于：框架(1)由5塊矩形鋼板焊接而成，框架(1)右下角焊接固定模擬井壁(10)的安裝槽(101)，安裝槽(101)上設置2個矩形槽(102)。

3.根據權利要求1所述的鉆井機器人摩擦塊測試系統，其特征在于：拉壓傳感器A(12)、拉壓傳感器B(7)、拉壓傳感器C(8)均為S型拉壓傳感器。

4.根據權利要求1所述的鉆井機器人摩擦塊測試系統，其特征在于：模擬井壁(10)為金屬、巖石或水泥石矩形塊。

5.鉆井機器人摩擦塊測試方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：將模擬井壁(10)和摩擦塊(11)安裝于安裝槽(101)，連接液壓管線、拉壓傳感器、位移傳感器線路；

S2：獨立測試抓靠力F_G、拖拽力F_D，獨立測試抓靠力F_G、扭矩力F_M，聯合測試抓靠力F_G、拖拽力F_D、扭矩力F_M；

S21：獨立測試抓靠力F_G、拖拽力F_D時，液壓A(13)打壓，至拉壓傳感器A(12)當前測量的抓靠力F_G+100N，保壓，保存F_G；液壓B(4)打壓，位移傳感器A(4)采集液壓B(3)活塞的位移L1，直到L1＞5mm停止打壓；拉壓傳感器B(7)采集拖拽力F_D，保存F_D；

S22：獨立測試抓靠力F_G、扭矩力F_M時，液壓A(13)打壓，至拉壓傳感器A(12)當前測量的抓靠力F_G+100N，保壓，保存F_G；液壓C(2)打壓，位移傳感器B(5)實時采集液壓C(2)活塞的位移L2，直到L2＞5mm停止打壓；拉壓傳感器C(8)采集扭矩力F_M，保存F_M；

S23：聯合測試抓靠力F_G、拖拽力F_D、扭矩力F_M時，液壓A(13)打壓，至拉壓傳感器A(12)當前測量的抓靠力F_G+100N，保壓，保存最新F_G；液壓B(3)打壓至當前測量的拖拽力F_D+100N，保壓，保存最新F_D；位移傳感器A(4)實時采集液壓B(3)活塞的位移數據L1，并判斷L1是否大于5mm，若是則泄壓并斷電，若不是則液壓C(2)打壓至當前測量的扭矩力F_M+1000N，直到L25mm或L15mm；拉壓傳感器C(8)采集F_M，保存F_M；

S3：計算摩擦塊拖拽表觀摩擦系數μ_D，計算摩擦塊扭轉表觀摩擦系μ_M，計算拖拽、扭轉耦合表觀摩擦系數μ；

S4：繪制拖拽表觀摩擦系數μ_D、拖拽力F_D、抓靠力F_G等高線圖，繪制扭轉表觀摩擦系數μ_M、扭轉力F_M、抓靠力F_G等高線圖，繪制耦合表觀摩擦系數μ、抓靠力F_G、拖拽力F_D、扭矩力F_M四維圖版，為摩擦塊(11)結構設計提供數據支撐。

6.根據權利要求5所述的鉆井機器人摩擦塊測試方法，其特征在于：拖拽表觀摩擦系數的計算公式如下：

μ_D＝F_D/F_G

式中：μ_D表示拖拽表觀摩擦系數，F_D表示拖拽力，F_G表示抓靠力；

扭轉表觀摩擦系數的計算公式如下：

μ_M＝F_M/F_G

式中：μ_M表示扭轉表觀摩擦系數，F_M表示扭轉力，F_G表示抓靠力；

拖扭耦合表觀摩擦系數的計算公式如下：

μ＝(F_D^2+F_M^2)^0.5/F_G

式中：μ表示拖扭耦合表觀系數，F_D表示拖拽力，F_M表示扭轉力，F_G表示抓靠力。