[发明专利]一种冲击载荷下井下止推轴承摩擦磨损特性试验装置及方法

说明书

本发明属于井下工具领域，具体涉及一种冲击载荷下井下止推轴承摩擦磨损特性试验装置及方法，它由加压装置、主轴、固定圆盘、弹簧、激励源、重物块、激励源箱体、对磨球、夹具、螺栓、试验台架、轴承样品、温度传感器、圆柱销、基于轴承冲击在线监测系统、计算机控制系统、PLC和伺服电机组成。所述固定圆盘介于重物块的上下两端，固定圆盘中心开有通孔，主轴穿过固定圆盘的通孔，固定圆盘的边沿焊接在激励源箱体上；所述计算机控制系统用于控制基于轴承冲击在线监测系统和PLC的启动；所述PLC用于控制伺服电机和加压装置的启动。本发明结构简单，可以用于评估冲击载荷下止推轴承的摩擦磨损和疲劳损伤，有助于提高井下止推轴承工作的安全系数。

技术领域

本发明属于井下工具领域，具体涉及一种冲击载荷下井下止推轴承摩擦磨损特性试验装置及方法。

背景技术

止推轴承在井下服役环境非常恶劣，受到高转速、高温、冲击等多因素共同作用，止推轴承的耐磨面或滚动体容易发生磨损和接触疲劳，止推轴承的失效会严重威胁钻井安全，增加钻井成本。

目前，在止推轴承试验装置的研究方面，已有专利：CN103900817B，该专利既能有效地模拟涡轮钻具止推轴承的实际工作环境，又可以对止推轴承的工作性能进行测试，但该装置仅针对涡轮钻具推力球轴承，只能测试推力球轴承在恒力下的相关性能指标，未考虑止推轴承在受到冲击载荷作用、高温等恶劣工作环境下轴承的摩擦磨损性能。

现有井下工具轴承试验台架，既不能模拟钻井工具在实际井下作业时高温的恶劣工况，也不能较为准确的评估止推轴承的使用寿命和模拟冲击载荷下止推轴承的工况。因此，亟需开发一种冲击载荷下止推轴承摩擦磨损特性的试验装置与方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种冲击载荷下井下止推轴承摩擦磨损特性试验装置及方法，该装置可评估冲击载荷下止推轴承的摩擦磨损特性，能提高井下止推轴承工作的安全系数，降低钻井成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:本发明一种冲击载荷下井下止推轴承摩擦磨损特性试验装置，它由加压装置、主轴、固定圆盘、弹簧、激励源、重物块、激励源箱体、对磨球、夹具、螺栓、试验台架、轴承样品、温度传感器、圆柱销、基于轴承冲击在线监测系统、计算机控制系统、PLC和伺服电机组成。其中，所述加压装置与主轴连接；所述固定圆盘介于重物块的上下两端，固定圆盘中心开有通孔，主轴穿过固定圆盘的通孔，主轴与固定圆盘的通孔之间采用间隙配合，固定圆盘的通孔到固定圆盘边沿的中点设有弹簧孔，且弹簧孔均匀分布在固定圆盘的周向上，固定圆盘的边沿焊接在激励源箱体上；所述重物块为圆盘形，重物块中心开有通孔，主轴穿过重物块的通孔，主轴与重物块的通孔之间采用过盈配合，重物块的通孔到重物块边沿的中点设有弹簧孔，且弹簧孔均匀分布在重物块的周向上，重物块与固定圆盘之间通过弹簧穿过弹簧孔连接，弹簧与弹簧孔之间采用过盈配合；在所述重物块上施加激励源；所述夹具为圆柱形，在夹具的轴向上开有盲孔，将圆柱销安装在盲孔中，在夹具的径向上开有螺纹孔，将轴承样品安装上通过两边的螺栓固定；所述试验台架为T形，所述试验台架底端连接伺服电机，所述伺服电机驱动试验台架旋转；所述温度传感器和对磨球都安装在主轴的末端，温度传感器安装在主轴末端的上方，对磨球安装在主轴末端的下方；所述基于轴承冲击在线监测系统用于调整冲击参数；所述计算机控制系统用于控制基于轴承冲击在线监测系统和PLC的启动；所述PLC用于控制伺服电机和加压装置的启动。

一种冲击载荷下井下止推轴承摩擦磨损特性试验装置的方法，它包括如下步骤：

步骤1：将轴承样品清洗干净，烘干，称量净重，记为m₁；

步骤2：PLC控制伺服电机启动，伺服电机带动试验台架转动，根据试验的需要在计算机控制系统给激励源电信号确定冲击力的大小，调整好以后关闭伺服电机；

步骤3：将轴承样品安装在夹具上，夹具两边的螺栓将其固定，用酒精湿润的棉签擦拭安装上的轴承样品，在轴承样品的上表面与对磨球接触面用注射器涂满润滑油；