[发明专利]钻井机器人摩擦块测试系统及方法

权利要求书

1.钻井机器人摩擦块测试系统，其特征在于：它包括框架(1)、液压A(13)、液压B(2)、液压C(3)、拉压传感器A(12)、拉压传感器B(7)、拉压传感器C(8)、位移传感器A(4)、位移传感器B(5)、挡板(9)、模拟井壁(10)、摩擦块(11)、平移机构(6)组成，所述：液压A(13)、液压B(3)、液压C(2)均用螺栓固定在框架(1)上；所述：拉压传感器A(12)、拉压传感器B(7)、拉压传感器C(8)通过固体胶连接在平移机构(6)上，平移机构(6)分别连接在液压A(13)、液压B(3)、液压C(2)上；所述：位移传感器A(4)、位移传感器B(5)分别安装在液压B(3)、液压C(2)的活塞上；

所述平移机构由滚轴(601)、本体(602)、滚珠(603)、滚轴压板(604)、承压板(605)、螺栓(606)组成，滚轴压板(604)与本体(602)由螺栓连接；

本体(602)两端加工有沉头孔(6021)，上部加工有6～10个滚轴(601)安装的圆弧槽(6022)，左右两侧加工滚珠(603)的安装槽(6023)，安装槽(6023)两端设置矩形凸起(6024)。

2.根据权利要求1所述的钻井机器人摩擦块测试系统，其特征在于：框架(1)由5块矩形钢板焊接而成，框架(1)右下角焊接固定模拟井壁(10)的安装槽(101)，安装槽(101)上设置2个矩形槽(102)。

3.根据权利要求1所述的钻井机器人摩擦块测试系统，其特征在于：拉压传感器A(12)、拉压传感器B(7)、拉压传感器C(8)均为S型拉压传感器。

4.根据权利要求1所述的钻井机器人摩擦块测试系统，其特征在于：模拟井壁(10)为金属、岩石或水泥石矩形块。

5.钻井机器人摩擦块测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将模拟井壁(10)和摩擦块(11)安装于安装槽(101)，连接液压管线、拉压传感器、位移传感器线路；

S2：独立测试抓靠力F_G、拖拽力F_D，独立测试抓靠力F_G、扭矩力F_M，联合测试抓靠力F_G、拖拽力F_D、扭矩力F_M；

S21：独立测试抓靠力F_G、拖拽力F_D时，液压A(13)打压，至拉压传感器A(12)当前测量的抓靠力F_G+100N，保压，保存F_G；液压B(4)打压，位移传感器A(4)采集液压B(3)活塞的位移L1，直到L1＞5mm停止打压；拉压传感器B(7)采集拖拽力F_D，保存F_D；

S22：独立测试抓靠力F_G、扭矩力F_M时，液压A(13)打压，至拉压传感器A(12)当前测量的抓靠力F_G+100N，保压，保存F_G；液压C(2)打压，位移传感器B(5)实时采集液压C(2)活塞的位移L2，直到L2＞5mm停止打压；拉压传感器C(8)采集扭矩力F_M，保存F_M；

S23：联合测试抓靠力F_G、拖拽力F_D、扭矩力F_M时，液压A(13)打压，至拉压传感器A(12)当前测量的抓靠力F_G+100N，保压，保存最新F_G；液压B(3)打压至当前测量的拖拽力F_D+100N，保压，保存最新F_D；位移传感器A(4)实时采集液压B(3)活塞的位移数据L1，并判断L1是否大于5mm，若是则泄压并断电，若不是则液压C(2)打压至当前测量的扭矩力F_M+1000N，直到L25mm或L15mm；拉压传感器C(8)采集F_M，保存F_M；

S3：计算摩擦块拖拽表观摩擦系数μ_D，计算摩擦块扭转表观摩擦系μ_M，计算拖拽、扭转耦合表观摩擦系数μ；

S4：绘制拖拽表观摩擦系数μ_D、拖拽力F_D、抓靠力F_G等高线图，绘制扭转表观摩擦系数μ_M、扭转力F_M、抓靠力F_G等高线图，绘制耦合表观摩擦系数μ、抓靠力F_G、拖拽力F_D、扭矩力F_M四维图版，为摩擦块(11)结构设计提供数据支撑。

6.根据权利要求5所述的钻井机器人摩擦块测试方法，其特征在于：拖拽表观摩擦系数的计算公式如下：

μ_D＝F_D/F_G

式中：μ_D表示拖拽表观摩擦系数，F_D表示拖拽力，F_G表示抓靠力；

扭转表观摩擦系数的计算公式如下：

μ_M＝F_M/F_G

式中：μ_M表示扭转表观摩擦系数，F_M表示扭转力，F_G表示抓靠力；

拖扭耦合表观摩擦系数的计算公式如下：

μ＝(F_D^2+F_M^2)^0.5/F_G

式中：μ表示拖扭耦合表观系数，F_D表示拖拽力，F_M表示扭转力，F_G表示抓靠力。