СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БУРОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
STAND FOR INVESTIGATION OF DRILLING WORK TOOLS

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для испытания буровых рабочих органов.
Известен стенд для имитации колебаний става при бурении, включающий мачту, вращатель, буровую штангу-став, макет забоя и рабочий орган - шарошечное долото (Авторское свидетельство СССР №1474255 А1, дата приоритета 19.12.1986, дата публикации 23.04.1989, авторы Улицкий Е.Н. и др., SU).
Недостатком известного аналога является низкая его эффективность в связи с использованием макетов забоя, что ограничивает использование рабочего инструмента большого диаметра и глубину его погружения, также снижается точность и качество проведения эксперимента, а из-за необходимости постоянной подготовки и установки макетов забоя не обеспечивается жесткость установки исследуемого образца, и повышается трудоемкость процесса испытания, кроме того, отсутствует возможность регистрировать крутящий момент, осевое усилие и глубину погружения.
Известен стенд для исследования бурового инструмента и процессов бурения, принятый в качестве прототипа, обеспечивающий бурение с постоянными осевым усилием и с постоянной удельной подачей, включающий приводной двигатель, механизм вращения буровой штанги, ударный узел и механизм подачи, содержащий коническую передачу, червячный редуктор, винт, подвижную каретку, гайку подачи, корпус гайки, жестко закрепленный на каретке, и включающий и отключающий элемент, посредством которого гайка подачи соединена с кареткой (Авторское свидетельство СССР №524910, дата приоритета 29.11.1974, дата публикации 15.08.1976, авторы Дворников Л.Т. и др., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая его эффективность из-за отсутствия возможности регистрировать крутящий момент, осевое усилие и скорость погружения.
Задачей изобретения является повышение эффективности стенда для исследования буровых рабочих органов путем расширения диапазона возможностей с обеспечением измерения крутящего момента, осевого усилия и скорости погружения рабочего органа при проведении испытаний в естественных условиях без подготовки образцов.
Для решения поставленной задачи предложен стенд для исследования буровых рабочих органов, содержащий опорную раму с закрепленными на ней направляющими стойками, ползун, установленный на направляющих стойках с возможностью вертикального перемещения, привод вращения бурового рабочего органа и механизм перемещения ползуна. Согласно изобретению опорная рама выполнена с каркасом, привод вращения бурового рабочего органа установлен на ползуне и содержит электродвигатель, втулочно-пальцевую муфту, цилиндрический редуктор и соединительную муфту для передачи вращения буровой штанге, на которой установлен буровой рабочий орган, причем между буровой штангой и соединительной муфтой закреплено тензозвено для регистрации крутящего момента, передаваемого на буровой рабочий орган, а механизм перемещения ползуна с установленным на нем упомянутым буровым оборудованием содержит лебедку и полиспастную подвеску, установленную на каркасе, закрепленном на опорной раме, при этом ползун соединен с полиспастной подвеской, в которой встроено тензозвено для регистрации осевого усилия, а блочный элемент полиспастной подвески соединен с приспособлением для регистрации скорости перемещения ползуна, соответствующей скорости погружения бурового рабочего органа.
На фиг. 1 схематично показан стенд для исследования буровых рабочих органов; на фиг. 2 приведена кинематическая схема стенда.
Стенд для исследования буровых рабочих органов содержит опорную раму 1 с каркасом 2. На опорной раме зафиксированы направляющие стойки 3, на которых установлен ползун 4 с возможностью вертикального перемещения с помощью механизма, состоящего из лебедки 5 и полиспастной подвески 6, установленной на каркасе 2. При этом ползун 4 соединен с полиспастной подвеской 6. На ползуне 4 установлено буровое оборудование, включающее привод вращения бурового рабочего органа, содержащий электродвигатель 7, втулочно-пальцевую муфту 8, цилиндрический редуктор 9 и соединительную муфту 10 для передачи вращения буровой штанге 11, на которой установлен буровой рабочий орган, например, в виде шнека 12 и буровой головки 13. Между буровой штангой 11 и соединительной муфтой 10 закреплено тензозвено 14 для регистрации крутящего момента, передаваемого на буровой рабочий орган, а в полиспастной подвеске встроено тяговое тензозвено 15 для регистрации осевого усилия. Ось шкива 16 полиспастной подвески соединена с реостатным приспособлением для регистрации скорости перемещения ползуна, соответствующей скорости погружения бурового рабочего органа.
Стенд для испытания буровых рабочих органов работает следующим образом. Заглубление бурового рабочего органа в грунт осуществляется под собственным весом ползуна 4 с установленным на нем оборудованием 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. При этом крутящий момент от электродвигателя 7 передается через втулочно-пальцевую муфту 8, цилиндрический редуктор 9 и соединительную муфту 10 на буровую штангу 11 со шнеком 12, на котором установлена буровая головка 13, и регистрируется тензозвеном 14. Осевое усилие, возникающее на буровой штанге 11, регистрируется тяговым тензозвеном 15, встроенным в полиспастную подвеску. Величина осевого усилия может изменяться при помощи установки на ползун 4 дополнительных пригрузов. Масса ползуна с пригрузом также регистрируется тензозвеном 15. Скорость перемещения ползуна регистрируется реостатным приспособлением, соединенным с осью шкива 16. Подъем рабочего органа из скважины осуществляется лебедкой 5 через полиспастную подвеску 6 путем подъема ползуна 4.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет проводить натурные исследования буровых рабочих органов в естественных условиях, регистрировать крутящий момент, осевое усилие, скорость погружения, использовать в эксперименте рабочие органы больших диаметров и значительно сократить время на проведение испытаний, что свидетельствует о высокой эффективности стенда.