一種液壓轉盤輸出扭矩測量裝置的設計

文海鵬

(中石化石油工程機械有限公司第四機械廠材料工藝所，湖北荊州434024)

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一種液壓轉盤輸出扭矩測量裝置的設計

文海鵬

(中石化石油工程機械有限公司第四機械廠材料工藝所，湖北荊州434024)

不壓井修井機上的液壓轉盤需要測量其輸出扭矩和在相應扭矩下卡瓦牙的夾持性能，市場上沒有專門的測量設備，如果要設備廠家專門設計價格太高，鑒于這個因素，我們自己設計一套測量扭矩的工裝，很好的測量出轉盤的扭矩和夾持機構的夾持性能，一是節約了成本，二是為新產品的開發提供了有利支持。

液壓轉盤測量扭矩夾持性能扭矩工裝

開發的新產品不壓井修井機上所用的液壓轉盤需要進行測量其輸出扭矩及在相應扭矩下夾持機構的承受扭矩的能力，來檢測轉盤輸出扭矩是否符合設計要求以及夾持機構在相應扭矩下的夾持性能，而市場上沒有專門的測量扭矩裝置，讓設備廠家專門設計價格太高，為了節約成本，為了新產品開發順利，專門設計一套測量扭矩工裝來檢測其輸出扭矩和夾持機構的夾持性能是否達到設計要求，是否滿足產品的使用性能，為新產品開發提供技術支持。

1　設計目的和工裝結構

1.1設計目的

液壓轉盤是不壓井修井機上的一個重要部件，通過它帶動夾持機構夾住鉆桿進行旋轉作業，如果扭矩達不到設計要求，就會影響產品的使用功能，其次如果轉盤扭矩達到設計要求，在這種情況下夾持機構抓不住鉆桿也無法實現旋轉作業功能，所以我們要設計一套既能測量出轉盤的輸出扭矩，又能檢測出在相應扭矩下夾持機構夾持鉆桿性能的測量工裝。

1.2扭矩工裝結構

圖1　工裝結構簡圖

扭矩工裝結構 (圖1)分為三大部分。第一部分為底座總成(件1)，底座總成落在轉盤(件15)底板上面，用螺栓緊固牢靠；在夾持機構(件14)和液壓轉盤上的芯管之間裝入加高管(件11)，加高管使夾持機構與液壓轉盤(件15)上端面之間有足夠的間隙使扭力臂(件4)轉動不受限制，然后用4個螺栓穿過液壓轉盤上端面、加高管和卡瓦機構下部板，將卡瓦機構固定在轉盤上端面；用螺栓緊固牢靠；第二部分為傳扭機構，由芯棒(件5)和扭力臂(件4)組成；其中用芯棒模擬鉆桿或油管，芯棒下部焊有扭力臂，芯棒最下端通過扶正環(件3)裝在液壓轉盤的芯管里起到扶正作用，扭力臂一端掛有機械拉力表(件13)，用銷子(件12)將機械拉力表的另一端掛在耳板(件2)上；第三部分為加載部分，因為夾持機構夾住鉆桿時承受一定的軸向力(即鉆桿或油管的重量),所以在芯棒上端加一定的載荷來模擬作業工況。加載部分主要結構分為支撐板組件(件7)、加載螺桿(件9)、套板(件10)、彈簧組件(件8 )和座板(件6)，支撐板組件用螺栓和螺母固緊在夾持機構上部,其中心部位有一螺紋孔，加載螺桿通過此螺紋可對芯棒實施加載；在擰動加載螺桿時螺桿頂到套板上，這個載荷力通過套板來壓縮彈簧，由于彈簧座落在座板上，座板套在芯棒上端，從而把力傳給芯棒上，實現對芯棒的加載。

2　工裝設計的難點和優點

2.1工裝的設計難點

該測量裝置重要也是比較難的部分是加載裝置，設計要求芯棒加載200 kg以上，經過仔細考慮選用一大一小兩個合適的彈簧套在一起，每個彈簧壓縮到位后500 kg,兩個力加在一起1 000 kg，根據彈簧的壓縮量就可以確定力的大小，首先按200 kg的力壓縮彈簧，可根據夾持機構夾持芯棒的情況，如果在這個載荷下夾持機構夾持性能完好,可繼續壓縮彈簧來逐級增加芯棒的軸向力，最后最大軸向力可達1 000 kg,通過兩個彈簧套在一起可大大增加力的范圍，根據壓縮彈簧位移量就可以讀出力的大小，以上兩點就可以輕松達到試驗要求的軸向載荷。

2.2工裝設計優點(圖2)

我們設計扭力臂兩處掛拉力表距離為1 000 mm,到中心各為500 mm，夾持機構夾持芯棒后帶動扭力臂扭動，從而拉力表受力，可直接讀出所受的拉力，扭矩可按下面公式計算：

M=F1×0.5+F2×0.5

式中：M——扭矩(kN·m)；

F1——拉力表1拉力(kN)；

F2——拉力表2拉力(kN)。

圖2

這樣就可以快捷算出轉盤輸出扭矩，測出轉盤及夾持機構的夾持性能參數。

3　測量步驟

首先夾持機構的油缸給油壓力使夾持機構夾持住芯棒，擰動加載螺桿給芯棒施加所需載荷，然后轉盤上的液壓馬達給油壓力，轉盤上的芯管就會轉動，從而帶動夾持機構夾持住芯棒轉動，通過扭力臂拉動拉力表，拉力表就會有力的顯示，知道力的大小和力臂距離就可以算出所測扭矩來，若所需較大載荷可繼續壓縮彈簧來實現，直到測出部件的性能參數,以及在相應的扭矩下夾持機構是否打滑來判斷夾持機構的夾持性能是否合格。

4　結論

通過設計這套測量扭矩工裝，檢測出部件的性能參數，節約了試驗成本，為新產品的開發提供了有利的技術支持；雖然機械拉力讀數精確度不高，但還是測出了轉盤的輸出扭矩和夾持機構的夾持性能參數；如果想有更高的精確度，可在拉力表兩頭裝上測力計，這樣就會很精確測出所受的力的大小。

該試驗裝置已申請國家專利，專利號：ZL201420446135.6。

[1]成大先. 機械設計手冊[M]. 化學工業出版社，1997.

Design of the output torque measuring device for the hydraulic rotary table

WEN Haipeng

It is necessary to measure the output torque of the hydraulic rotary table and the corresponding performance of the holder of the pressure balanced workover rig. However, there is no specific measuring device on the market, and it will be too costly to have the device made to order. Therefore, we designed a torque measuring device which could effectively measure the torque of the hydraulic rotary table and the performance of the holder, thus saved the cost, and supported the development of new products.

hydraulic rotary table，torque measurement，holder performance，torque measuring device

TH137.9

B

1002-6886(2016)04-0074-02

文海鵬(1971-) ，男 ,籍貫:湖南省永州市，高級工程師,主要從事機械加工與制造工藝研究,已發表論文13篇。

2015-10-25