20000N·m扭转试验机研制

　　1　引　言

　　随着石油钻井、管道运输等工程的规模越来越大,并且地质情况和环境也更加复杂,对相关的设备和使用的零件的性能要求也逐渐提高,需要研究、测试的内容也越来越多。目前,现有管件试验设备在功能、加载方式、测试精度等方面已不能很好地满足当前工程发展的需要,急需研制一种性能优良、技术先进、精度高的管件扭转试验设备,以满足石油管件工程研究的需要,NWS20000型扭转试验机与同类测试设备相比在以下几方面具有创新性。

　　(1)主机夹具采用四行星夹紧机构。此夹紧机构能保证对试验管件的扭矩传递,同时保证夹紧的管件不发生屈服变形。这套夹紧机构很好地解决了以往传统夹具中要夹紧管件试样并传递扭矩就会产生塑性变形;或者不产生塑性变形就夹紧力不足、传递扭矩不够的矛盾

　　(2)该试验装置采用了伺服加载结构。伺服电机、扭矩传感器、角度传感器组成闭环反馈系统,加载扭矩大小、加扭速度等可实时控制;控制精度、测量精度高。

　　(3)采用液压独立夹紧,夹持可靠简单,压力调整范围大并且简单容易。

　　2　主要技术指标

　　NWS20000型扭转试验机主要技术指标如下:

　　最大扭矩:20000N·m;

　　扭矩测量范围:200 N·m ~ 20000N·m;

　　扭矩测量精度示值相对误差:≤±1%;

　　最大扭角显示范围:0~±360°;

　　扭角显示分辨率:0.1°;

　　主动夹头转速:6~360°/min,无级可调;

　　扭转方向:顺时针方向;

　　夹头间距:0~1500mm。

　　3　试验装置的结构及原理

　　图1为NWS20000型扭转试验机主机结构图。

　　NWS20000型扭转试验机由主机、计算机单元、扭矩检测单元、扭角检测单元、交流调速单元组成。

　　该机工作时由计算机给出指令,通过交流伺服调速系统控制交流电机的转速和转向,传动平稳,控制精度高;电机带动摆线针轮减速机,经减速机减速后由齿轮系传递到主钳主轴箱带动夹头旋转,对管试样施加扭矩,同时由检测器件———扭矩传感器和光电编码器输出参量信号,经测量系统进行放大转换处理,检测结果反映在计算机的显示器上,并绘制出相应的扭矩-扭角曲线(T-Ф)。工作界面友好,易于观察和操作,实现计算的自动控制。传动系统采用高可靠性的电机和减速器,以利于传动的平稳性,同时,减少功率损耗。

　　3.1　主机

　　由工作底座、主钳、副钳、电机、减速机、直线导向组件等组成。采用了四行星夹紧机构(主钳、副钳)作为管件夹具,不仅实现了管件的夹紧和扭转,还不会像普通的扭转夹具那样将管件夹扁。副钳可以随尾座在导轨上自由移动,用于调整试验空间和试验时随试样的轴向变形而移动,避免产生轴向附加力。