[发明专利]钻头齿圈复合破岩试验系统及其试验方法

权利要求书

1.钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，主要由转盘(1)、设置在转盘(1)上方的牙轮齿圈(2)、与转盘(1)表面接触的钻头转速传感器(3)、设置在转盘(1)上的压力传感器(8)、以及与牙轮齿圈(2)接触的牙轮转速传感器(4)和扭矩传感器(5)构成，所述转盘(1)连接有转盘驱动装置，扭矩传感器(5)连接有扭矩驱动装置，钻头转速传感器(3)连接有测控装置。

2.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述转盘驱动装置主要由与转盘(1)相连的油缸(6)、以及与油缸(6)相连的油泵(7)构成。

3.根据权利要求2所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述油缸(6)和转盘(1)之间设置有活塞(17)。

4.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述扭矩驱动装置主要由与扭矩传感器(5)相连的传动器(14)、以及与传动器(14)相连的电机(15)构成。

5.根据权利要求1所述的钻头齿圈复合破岩试验系统，其特征在于，所述测控装置主要由与钻头转速传感器(3)和牙轮转速传感器(4)均相连的转速测定仪(9)、与扭矩传感器(5)和压力传感器(8)均相连的动态应变仪(10)、与转速测定仪(9)和动态应变仪(10)均相连的数据采集箱(11)、以及与数据采集箱(11)相连的计算机(12)和控制台(13)构成。

6.基于上述试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)首先将采集的露头岩样加工成复合破岩实验用的标准岩样，然后将加工好的标准岩样在自然状态下风干；

(b)试验时先将切割好的岩块装入试验系统内；

(c)根据钻头的结构参数和试验齿圈在钻头的位置，在试验机上调整好试验齿圈的移轴距、轴倾角及钻头牙爪基准尺寸C值；

(d)根据全钻头的仿真试验结果，调整钻头转速；并按试验齿圈的牙轮与钻头转速的一定传动比，调整好试验用齿轮；

(e)根据全钻头的仿真试验结果，确定试验齿圈应施加的钻压大小；

(f)启动电机使试验机转盘转动，控制试验齿圈破岩过程中的启动、加载、保持恒载和卸载过程，同时通过压力传感器及钻头转速测定仪实时连续测量破岩过程中的钻压、钻头转速、牙轮转速等动态参数及动态曲线，另外还获得一个无重复破碎坑的破碎井底；

(g)测量合格破碎坑的坑深、面积和体积，获得破碎坑的形貌与钻头齿圈上牙齿破岩过程中运动与动力之间的对应关系。

7.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述步骤(a)中，标准岩样的尺寸为300×300×300mm³。

8.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述步骤(a)中，风干时间为两周以上。

9.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述步骤(b)中，岩块装入试验系统的岩石夹持器盒内。

10.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于，所述步骤(f)中，通过操作控制台自动控制试验齿圈破岩过程中的启动、加载、保持恒载和卸载过程。