潜孔冲击器结构性能参数优化研究

为了研究潜孔冲击器的冲击运动规律,提高其冲击性能,采用有限差分法,通过对活塞运动进行数学建模及MATLAB仿真计算,模拟活塞动力学过程,并得出潜孔冲击器相应的冲击性能参数。同时研究后气室配气长度对潜孔冲击器冲击性能的影响,对后气室排气长度、后气室压缩长度和后气室进气长度建立关于冲击功率、冲击功和冲击频率的正交分析试验,并对数据结果进行优化,以更好地提高潜孔冲击器的冲击性能。研究结果表明:对冲击功率影响最大的是后气室进气长度,对冲击功影响最大的是后气室排气长度,而对冲击频率影响最大的则是后气室排气长度及后气室压缩长度;优化后冲击功率提高9. 64%,冲击功基本保持不变,冲击频率提高10%。相关研究对潜孔冲击器设计及应用具有一定的指导意义。     

潜孔冲击器非线性动力学建模

潜孔冲击器在工作过程中,气源压力进入工具中驱动活塞做高频高速的轴向往复运动,并冲击钎头使其进行破岩钻进。首先,以无缸潜孔冲击器为例,结合其结构特点分析工作原理;其次,基于计算流体力学、热力学和应力波传递相关理论,考虑气体的压力、温度和密度的变化,分别建立了气室气体的瞬变流模型、绝热模型以及活塞的冲击回弹模型;然后,基于活塞的运动状态和气室气体状态,将潜孔冲击器1个运动周期分为11个不同阶段,结合上述3个模型和活塞的运动学方程,建立了完整的潜孔冲击器的非线性动力学模型;最后,基于该模型对实际算例进行计算。结果表明,活塞运动参数、气室压力数值变化与潜孔冲击器的工作原理与运动学规律一致。对潜孔冲击器的设计与研发提供研究基础与方法,为相关工具的动力学模型和仿真模型的建立提供参考。