Стенд для испытания и исследования устройств с силовым мартенситным приводом для проходки скважин в грунте Советский патент 1988 года по МПК E02F5/18 G01M19/00 

18

26

ГО

сл

2ff 25

(,|Г.рг тсние относится к fopnof |р()М1..111ле П1ости и строительству и мо- Ь((-т быть использовано для испытания |и исследовапмя рабочих частей и уст- ройств /иш проходки скважин в грунте с силовым транспортным приводом.

Цель изобретения - распгирение области применения стенда.

На фиг.1 покаг ан стенд, общий вид, ;С разрезом; на фиг. 2 - то же, вид :сверху; на фиг.3 - оборудование стен- |да для испытания силовых элементов IB виде сипьфонов; на фиг,4 - разрез |А-А на фиг.З; на фиг.5 - разрез кап- Iсулы с грунтом; на фиг.6 - разрез Б-Б j на фиг.З.

, Стенд для испытания и исследования устройств для проходки скважин в грунте состоит из короба 1 в виде 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 коробе 1, имитаторов 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, снабже.нных механизмами 15 регулирования жесткости. При этом имитатор 2 сопротивляемрсти грунта внедрению рабочего органа 3 выполнен в виде тари- рованной пружины 16, размещенной в камере, являкядейся продолжением короба 1, один конец которой опирается на подвижную опорную плиту 17 для динамометра 18, а другой - на подвижный 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 22-25, плиты 23 и 24 имеют отверстия 26 и 27 для передачи усипий 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 плиты 22 и 23, 24 и 25 соединеш-j между собой штьфями 30. А механизмы регулирования жесткости пружин 14 опи

s

0 5 O Q

5

рагатся на короб 1 nepeti criiiiKU 41, к которым может быть прикреплен.ч измерительная линейка 32, ука-эатоль 33 которой размещен на опорной ке. Линейка 32 может иметь дне шкалы: деформации и создаваемого на опорах усилия. Для визуального наблюдения за работой исследуемого устройстна 4 короб 1 имеет смотровые окна 34-36, а также окно 37 для подводки к устройству 4 соединительного .кабеля 38.

Приспособление для термоциклирова- ния содержит контрольный си„г1овой элемент 39 (фиг.2) с фиксирую1цей втулкой 40, а два жестко закрепленных ча опорных плитах 23 и 25 кронштейна 41 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 вкручиваемых одна в другую, клиновых половинок 46, при этом на втулке 45 имеется кронштейн 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 виде капсулы 51 с прозрачными стенками с грунтом 52 (фиг.5 и 6) и составлен из двух половинок 53 и 54, имеющих в месте соединения паз 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

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

61с фиксирующей муфтой 62, скользящим по направляюп1им 21, а другой - к муфте 63, например, в 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 щариков 67, содержащих ферромагнитные частицы. В качестве

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 () или стальные опилки. Кроме того, капсула 51 снабжена винтовым домкратом с прижимной плитой 68, что позволяет имитировать грунты различной плотности.

Контрольный сиповой элемент 39 изготавливается в виде прутка из материала с эффектом памяти формы, например никелида титана (54-56% 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 остьшания пруток извлекают из штампа и деформируют на разрьшной машине типа Р-5 при комнатной температуре на величину порядка 4-10% от его перво

20125

тельно вводят датчики и месдозы с таким условием, чтобы грунтовый массив можно бьто 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

Q 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 пр жины 16 на полках плит

15 22 и 23 разме.щают динамометр 18, име- кягий шкапу на порядок выше жесткости тарированной пружины 16.

При исследовании рабочего цикла устройства и определении значений

20 создаваемых мартенситным приводом

усилий в качестве имитатора 2 используют 16, которая через опорную плиту 17 опирается на динамометр 18, прижимаемый к плите 23 подтягива

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 пътта- тор 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

начальной длины. А затем устанавлива- 25 нием гаек на штырях 30. Одновременно ют на стенд и через фиксирующую втул- с помощью рычагов имитатора 8 к хвос- ку 40 соединяют канатом, переброшен- товому элементу 10 прижимаются колодным через блок 49 с грузом (не показан) , равным 1/8-1/3 величины усилия, генерируемого силовым элементом 39 при мартенситных превращениях. При этом концы прутка 39 подключаются через выводы 50 к источнику электрического тока и пр.оизводится периодически нагрев - охлаждение. После 70- 100 таких циклов пруток приобретает устойчивую обратимую память формы. Далее он может сам слзпкить в качестве контрольного силового элемента и- иски 11. Затем включается работа устройства 4, его хвостовой стопорный

30

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 25 привода устройства 4, который после нагрева до температуры обратного мар тенситного перехода начнет сжимать пружину 16 на величину хода устройства 4. При этом по линейке (не попользоваться для деформации следуюпщх Q казана) определяется усилие прокола силовых элементов, не применяя при или сопротивление грунта проколу, этом разрывной машины. Нагрев силовых одновременно оно будет характеризоэлементов осуществляется следующим образом: прутков - непосредственно

пропусканием электрического тока че- g деформации пружины 16 может быть так- раз них, сипьфонов - нагревательными же записан на самописец (не показан),

что позволит судить о характере на- гружения пружины 16 и росте генерируемых мартенситным приводом усилий.

элементами, например, в виде пленочных или обычных электронагревателей. Управление всем процессом (циклирования) осуществляется блоком управле- gQ Для определения величины реактивного

кия (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 я 66, в них предвариусилия, генерируемого мартенситным приводом, пружина 16 предварительно деформируется на 80-.90% своей жесткости. При достижении температуры ее мартенситного перехода мартенситный привод, не имея возможности принять свою заданную форму, начнет генерировать реактивнь е усилия, которые регистрируются динамометром 18. Для опки 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 мар тенситного перехода начнет сжимать пружину 16 на величину хода устройства 4. При этом по линейке (не повать и генерируемое мартенситным приводом механическое усилие. Процесс

усилия, генерируемого мартенситным приводом, пружина 16 предварительно деформируется на 80-.90% своей жесткости. При достижении температуры мартенситного перехода мартенситный привод, не имея возможности принять свою заданную форму, начнет генерировать реактивнь е усилия, которые регистрируются динамометром 18. Для оп

ределения усилия вдавливания головно t o стопорного элемента 9 отключается агрев мартенситного привода устройства 4 и хвостового стопорного эле- Иента 10, затем включается нагрев Ьиловых элементов (не показаны) сто- :порного элемента 9. По сжатию тариро ванной пружины 14 олределяется искомое усилие.

: Реактивные усилия могут быть так- |же определены и с помощью динамомет- |ра 18, расположенного в хвостовой I части стенда, т.е. между плитами 24 |и 25. С этЛэй целью подвижный диск 6 I жестко фиксируется на стенках корпу- I са имитатора 2, а опорная плита 28 ; имеет возможность свободно скользить : по поверхности короба 1. Через цилин дрический стакан, пропущенный через i отверстие 27, усилие от устройства 4 i передается на динамометр 18, А при I размещении между опорными плитами 28 и 24 пружины 16 можно определять сопротивляемость хвостового стопорного 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 самописцем или с линейки (не.показа™ ны) снимаются показания тарированной пружины 16.

вещается обычным или ультрафиолето источником света и с него делается снимок. Кроме этого, производится визуальное исследование полученной деформационной картины, координатн сеткой служат чередующиеся полосы и 66 грунта, слой 66, содержащий л минофор, создает контрастную дефор мационную картину, которую можно т же исследовать обычными способами средствами (линейкой, угломером и т.д.), А для получения более полно картины происходящих в грунтовом м сиве процессов одновременно с внед рением рабочего органа в грунт осу ществляется регистрация напряжений и деформаций с помощью датчиков и месдоз, находящихся в массиве грун Указанная работа стенда относит к непосредственному исследованию, испытанию и доводке устройства. Но одновременно с исследованием устро ства 4 на стенде могут быть испыта исследованы и доведены до стабильн го рабочего состсэяния силовые элем ты мартенситного привода, например в виде прутков, тарельчатых пружи сильфонов. С этой целью силовой эл мент, например в виде прутка, закр ляется во втулке 40 и в клиновом жимном приспособлении 42, к которы через блок управления (не показан подключен источник электроэнергии При подаче электрического тока на контрольный силовой элемент 39 он нагреваясь, сократится на величин хода устройства, растягивая одновр менно на эту же величину испытуемы

При исследовании внедрения в грунт

рабочего органа 3 устройства 4 вместо 40 силовой элемент. После охлаждения пружины 16 в корпус 2 помещают капсулу 51 с грунтом. .Дгшее работа стенда

элемента 39 включается нагрев испы туемого силового элементаS теперь вернется ,к начальной длине, растя вая при этом контрольный силовой элемент 39 на ту же величину длин Таким образом осуществляется терм циклирование силового элемента бе применения дорогостоящих разрывны машин. Все изменения, происходящи с прутками во время термоциклиров ния, регистрируются соответствуюп; аппаратурой и измерительными устр ствами (термодатчиками, самописца динамометрами растяжения и т.п.).

аналогична указанной. Однако после внедрения рабочего органа 3 в грунт в капсуле осуществляют охлаждение мартенситного привода, под действием чего устройство возвращается в исходное положение, извлекая из грунта рабочий орган 3 А капсула 51 с грунтом извлекается из корпуса 2 и исследуется деформационная картина грунта по сетке 59 на поверхности капсулы 51. Затеи в пазы 55 (фиг.6) вставляется режущий нож (не показан)

до выхода его на противоположной сто- gg Например, могут быть исследованы как

роне - паз 55, снимаются крышки 56 и 57 и капсула 51 с грунтом делится на две части 53 и 54, Полученный срез продеформированного грунта ос™

различные режимы термоциклирования, так и зависимость генерируемых напряжений от степени деформации силовых элементов и т.п. А для исследова

5

0

5

0

5

вещается 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.), А 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 быть испытаны, исследованы и доведены до стабильного рабочего состсэяния 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 элементаS теперь он вернется ,к начальной длине, растягивая при этом контрольный силовой элемент 39 на ту же величину длины. Таким образом осуществляется термо- циклирование силового элемента без применения дорогостоящих разрывных машин. Все изменения, происходящие с прутками во время термоциклирова- ния, регистрируются соответствуюп;ей аппаратурой и измерительными устройствами (термодатчиками, самописцами, динамометрами растяжения и т.п.).

различные режимы термоциклирования, так и зависимость генерируемых напряжений от степени деформации силовых элементов и т.п. А для исследова

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. Изменяя 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 з грунте.

Для исследования, испытания и отработки обратимой памяти формы и ста- бильных параметров у мартенситных приводов в виде сильфонов исследуемый сильфон фиксируют одним концом в муфте 62, а другим во втулке 63. Затем включает его нагрев, раскручиваясь по спирали, сильфон 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 датчиками и аппаратурой (не показаны) или определяются визуально со шкал оттарированных линеек. Для определения реактивных усилий прокола и крутящего момента торсион 61 жестко фиксируется на коробе 1, а требуемые параметры определяются с помощью тен- зодатчиков.

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 мартен- ситным приводом и их отдельных элементов, выполненных из материала с эффектом памяти формь, может быть осуществлен на предлагаемом стенде.

ч ормула изобретения

20

15

0125

тами

8

25

30

отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, он снабжен приспособлениями для термо1шклирования силовых элементов мартенситного привода, установленным в коробе подвижным диском с пазами для размещения в них направляющих, выполненных на внутренней поверхности короба, опорными плитами, размещенными на торцах короба и имитаторами сопротивляемости грунта внедрению стопорных элементов, которые выполнены с прижимными колодкагт, упругими элементами и тар1фованными npsTKHhaMH с механизмом регулирования жесткости,

С

5

9, 142012510

Й„

50

. 2

2 16 гг H- 81 82 60 W S« f

/ / / // ,/ |, ii

,уд1 ... . . у, . р . JTI 7 Дт у

X

Фие.

65 51 I 67 gfl % 4 // / 57.

59

Фиг,5

BniL

фиг.6