1.一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于,包括:
扭矩加载系统:对试验钻杆(15)施加可控扭矩,包括加载马达(1)、加载连接装置(2)、自动变速器(3)、加载减速装置(4)和扭矩加载装置(8),加载马达(1)通过传动轴与自动变速器(3)连接,且安装于加载连接装置(2)上,自动变速器(3)通过扭矩传递装置与加载减速装置(4)连接,加载减速装置(4)通过扭矩传递装置与扭矩加载装置(8)连接,扭矩加载装置(8)与试验钻杆(15)连接;
负载系统:对试验钻杆(15)施加稳态、动态变载扭矩,包括扭矩负载装置(10)、转矩转速检测装置(11)、负载减速装置(12)和负载装置(13),负载装置(13)通过传动轴与负载减速装置(12)连接,负载减速装置(12)通过扭矩传递装置与转矩转速检测装置(11)连接,转矩转速检测装置(11)通过扭矩传递装置与扭矩负载装置(10)连接,扭矩负载装置(10)与试验钻杆(15)连接;
轴向力加载系统(7):对试验钻杆(15)加载可控轴向载荷;
径向约束系统:用于模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束与径向力加载;
水路加载系统:对试验钻杆加载一定压力的高压或超高压水压。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述自动变速器(3)可以根据转速的大小和扭矩的大小自动换挡,所述加载马达(1)能够实现控制输出转矩与转速,所述自动变速器(3)与加载马达(1)匹配控制实现转速和转矩的可控输出,并根据所试验工况加载不同的驱动扭矩与转速,根据实验需求实现可控加载。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述负载装置(13)根据钻孔内切削反扭矩、旋转与滑动瞬态摩阻、钻孔对钻杆径向约束产生的周期性、瞬间冲击载荷,模拟输出稳态扭矩、动态变载扭矩、冲击扭矩、周期性冲击扭矩;转矩转速检测装置(11)对传输的转矩、转速进行检测,对扭矩加载系统、负载系统进行反馈控制。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述负载装置(13)包括负载基座(13-1)、拉力伺服油缸(13-2)、拉杆(13-3)、滑轨(13-4)、冲击载荷制动器(13-5)、传动轴(13-6)和电涡流制动器(13-7);所述拉力伺服油缸(13-2)与负载基座(13-1)连接,拉力伺服油缸(13-2)通过销轴与拉杆(13-3)连接,拉杆(13-3)通过销轴与冲击载荷制动器(13-5)连接,冲击载荷制动器(13-5)通过滑槽结构与滑轨(13-4)配合,实现由拉力伺服油缸(13-2)带动冲击载荷制动器(13-5)动作,抱紧传动轴(13-6)产生制动冲击负载;电涡流制动器(13-7)连接于负载基座(13-1),并与传动轴(13-6)相连,产生可控稳态扭矩负载。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述径向约束系统约束试验钻杆(15)的弯曲半波、公转半径和径向位移,以模拟加载施工中钻杆受到的半波约束、公转约束和径向位移约束。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述径向约束系统包括3个以上的径向约束装置(9),径向约束装置(9)对试验钻杆(15)的约束距离等于试验钻杆(15)与实验参数匹配产生的半波长,或等于试验钻孔对钻杆约束的长度。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述径向约束装置(9)包括径向约束基座(9-1)、滑动轴(9-2)、位置传感器(9-3)、钻杆约束基座(9-4)、滑套(9-5)、滑套轴向限位、推力套(9-8)、传力轴(9-9)、轴承、径向限位环(9-11)和伺服油缸(9-12);所述滑动轴(9-2)与径向约束基座(9-1)连接,所述滑套(9-5)与滑动轴(9-2)、钻杆约束基座(9-4)配合,形成滑动结构与润滑密封腔体;所述传力轴(9-9)与轴承配合,安装在钻杆约束基座(9-4)上,径向限位环(9-11)安装于传力轴(9-9)腔体内,并由推力套(9-8)两端固定;所述径向限位环(9-11)与传力轴(9-9)可以在试验钻杆(15)摩擦力作用下沿轴承轴线旋转;所述径向限位环(9-11)内壁与试验钻杆(15)接触侧有一定弧度,弧度大小根据试验钻杆(15)的弯曲约束条件设置,且内壁直径大小为所模拟钻孔的直径;所述径向约束装置(9),按照钻孔直径与钻杆直径的组合,配置不同直径的径向限位环(9-11),通过径向约束装置(9)对试验钻杆(15)的径向位移、径向载荷形成约束,模拟加载施工中钻杆受到的径向位移约束、半波约束和公转约束;由位置传感器(9-3)检测径向限位环(9-11)所处位置,反馈控制伺服油缸(9-12)加载的径向位移。
8.根据权利要求1所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述扭矩加载装置(8)和所述扭矩负载装置(10)均包括承力基座,承力基座上转动连接有主轴,主轴通过夹持装置与试验钻杆(15)连接,扭矩负载装置(10)的主轴还连接有推力测量装置(10-6)以形成轴向力的反馈控制。
9.根据权利要求8所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述扭矩加载装置(8)和所述扭矩负载装置(10)还包括用于支撑主轴的推力轴承、用于安装推力轴承的轴承推力座、与承力基座连接的端盖、与主轴连接的旋转配油组件、与旋转配油组件配合的供油装置,供油装置位于承力基座上。
10.根据权利要求8所述的一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置,其特征在于:所述轴向力加载系统(7)与扭矩加载系统连接,由大推进力双油缸装置和承力滑轨输出可控推进力,根据推进切削阻力、滑动摩阻、钻孔约束瞬态冲击与周期性变载,模拟输出稳态或动态推进力,通过推力测量装置(10-6)检测输出推力,反馈控制推进力的加载。