岩石冲击凿入试验研究

冲击凿入试验对于研究快速交变载荷作用下岩石的变化过程十分重要。这一点在通常的试验机上很难实现。岩石的力－凿深曲线与凿入时岩石的破碎特性密切相关。大量的实验研究结果表明，冲击凿入岩石的力－凿深曲线斜率比静压凿入的为大；至于二者的定量关系，各学者之间的研究结果存在较大差异。本文所介绍的冲击凿入试验系统包括打击锤（即活塞）及带球齿钎头的柱型钎杆。应力波由一对半导体应变片测定，并据此计算凿入力及凿深。在９     

“直接冲击”凿入分析

通过钎杆和球锤直接冲击（凿入）岩石的试验，测定出凿入力波形及凿碎比功。以这种直接冲击的凿碎系统进行凿入分析可以简化其过程。在对这种直接冲击的凿碎系统分析后，得出直接冲击岩石的凿岩效率较高的结论，并给出了最佳入射波形的基本概念。     

重型钎杆的入射应力波的实验分析

介绍了冲击凿入入射应力波的理论,分析了几种典型重型凿岩机最大波值系数,测试实验结果表明,重型钎杆应力与理论计算结果相一致。     

用新传感器对岩石的凿入力凿深关系的实验研究

本文介绍了光栅测位移的原理与方法，对此方法获得的凿入力凿深关系进行了讨论与分析，并与用两点测应变再计算的凿入力凿深关系进行了对比。     

冲击锤的工作应力和能量传递分析

探讨了冲击锤凿入岩石时的能量转换过程，分析了冲击锤冲击过程中的钎杆应力、活塞应力及能量利用率，其方法可对冲击锤的设计、选用提供参考依据。     

液压破碎锤性能参数关系的研究

搜集了20家液压破碎锤制造商公布的289种型号破碎锤的性能参数,运用数理统计方法,分析了破碎锤的能量效率,研究了破碎锤的单次冲击功与工作质量及凿杆直径的关系。结果表明,液压破碎锤实际能量效率的平均值为58.1%;破碎锤的单次冲击功与工作质量及凿杆直径平方存在明显的线性关系。破碎锤的单位工作质量冲击功约为2.893 J/kg;破碎锤的单次冲击功与凿杆直径平方的比值约为0.405 J/mm2。     

冲锤直接冲击凿入岩石的动力学研究

研究了冲锤直接撞击凿岩的动力学特性,并运用能量守恒原理分析了在这种撞击下的凿入效率。当冲锤具有足够大的截面面积时,即可获得接近于1的凿入效率。因此,这是一种新的基于这种撞击特征的岩石凿入系数的测量方法。     

凿岩用硬质合金冲击韧性试验系统研究

凿岩用硬质合金的冲击韧性检测,目前尚无真正有效的的方法。本文介绍的高速冲击试验台和落锤冲击试验台,可用于凿岩用硬质合金及凿岩用硬质合金工具的冲击韧性试验检测,并可用于岩石凿入特性、凿入系统能量传递测定及凿入系统匹配研究,以供用户正确地选定凿岩工具。     

对岩石凿入力-凿深曲线的测定和分析

对七种岩石作了凿入力和凿深关系的测定。测定的数据直接进入微机,处理后打印出结果来。测定结果表明,钎刃下方已产生裂隙的岩石仍具有一定的承载能力,这使得凿入力-凿深曲线下降部分往往出现负斜率。从凿入破碎机制及凿入方程对曲线作了分析,从而改进了对凿入端边界条件的认识。文中还给出了被测定岩石的侵入强度和凿入力-凿深模型的有关数据。     

新型冲击破岩掘进机工作机构疲劳寿命分析

为探究新型冲击破岩掘进机工作机构的结构性能,根据建立的虚拟样机仿真模型选取2种典型工况进行分析;利用建立的冲击锤力学模型求得凿入力;利用ANSYS对该工作机构的2种典型工况进行疲劳寿命分析。研究表明,工作机构疲劳寿命较低的部位主要集中在各构件的铰接处;最低寿命出现在液压冲击锤与转锤液压缸的铰接处为4.937×10~7;不同步(偏载)的疲劳寿命明显低于同步(正载);工况1(正常作业姿态)的疲劳寿命明显高于工况2(极限作业姿态);新型冲击破岩掘进机工作机构满足疲劳寿命要求。     

撞击凿入系统的应力及效率分析

本文将弹性力学的赫兹接触应力理论引入冲击凿入理论研究,提出了撞击面局部变形的非线性理论模型。在文献的基础上,运用差分原理,系统地建立了分析撞击凿入系统应力状态和撞击、凿入效率的电算法。对一至三段型活塞和一至三段型钎杆(或钻头)的撞击凿入系统编写了一个通用的电算程序。通过改变输入的参变量数值,可获得各种撞击凿入系统中任意截面处的各力学参量、应力波形和系统的撞击、凿入效率。采用电算法与实验测定相结合的方法对潜孔冲击器的撞击凿入系统的应力状态和效率进行了研究。电算理论波形与实测波形吻合得相当好,从而验证了本文所提出的理论。     

空隙率对潜孔锤凿岩瞬态冲击过程的影响

潜孔锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破碎岩石的过程,利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DY-NA研究了在凿岩过程中,球齿凿入不同空隙率(塑性体积应变)岩石的冲击力特性。结果表明,岩石空隙率对钻头球齿与岩石之间的凿入冲击力幅值有很大影响,随着空隙率的增大,球齿凿入的冲击力显著减小,而对活塞与钻头间冲击力幅值影响甚微。通过ANSYS/LS-DYNA瞬态冲击数值模拟,形象地再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石发生侵入破坏的物理过程,为冲击碎岩瞬态研究提供了一个有效的分析方法。     

粘弹性岩石凿力-凿深特性和能量传递研究

针对冲击钻进过程中粘弹性岩石力-凿深特性和能量传递问题进行了研究, 得出了杆体活塞模型情况下的冲击凿深函数和力-凿深曲线, 进一步分析了其能量传递过程和效率。结果表明, 弹粘性岩石的力-凿深曲线受速度阻尼的影响, 随着粘度增大, 其初始力从0点逐渐抬高, 最大凿深u_max逐渐变小; 由于岩石粘性耗能的原因, 传递到岩石中的总能量E_R加大, 最大凿深减少, 凿入效率降低。     

撞击凿入系统应力的微机程序

给出的微机程序可以用来计算凿岩机，冲击器或其他撞击凿入系统的构件应力波形，同时给出了撞击凿入效率，程序用模块写成，易读易改。     

冲击震源产生的波

本文将冲击破岩中的线性撞击模型的凿人力作为岩石的集中力震源。通过把凿入力化为一般的指数形式后，进而用弹性力学建立了岩石的纵波方程和横波方程。最后用数理方程中的推迟势公式得出了因冲击而产生的位移场和应力场的解析表达式，它对掘进工程及其相关专业的应用是颇有益处的。     

新型多点硬质合金锒嵌钎头

《Engineering and Mining Journal》近期报道,Rock—more国际公司开发了一种新型硬质合金锒嵌球齿钎头。冲击式凿岩机钻孔速度的快慢取决于所凿岩石裂缝是否能有效地扩展。常规的半球形锒嵌硬质合金球齿钎头只有单一的切线点冲击岩石,球形平面会很快被磨平,从而降低钻进效率。而新型多点硬质合金锒嵌球齿钎头有多个冲击点,可有效地使被凿岩石产生裂缝和扩展裂缝,并延长了球齿寿命。     

岩石凿入过程的随机分析

实际凿入过程受多种随机因素的影响,单一的确定性描述不可能对其作出精确的解释。对凿岩状态下的钴杆应力波进行连续采样测定的结果表明,实际凿入过程具有较大的不确定性,可以认为是一随机过程。本文用随机分析方法研究了应力波,凿入力,凿深,凿入系数和凿入效率的分布特性,并建立了岩石的力-凿深特性随机方程。     

无阀潜孔锤冲击功和冲击频率的计算

依据无阀气动潜孔锤冲锤运动的物理过程,提出了一种计算冲击功和冲击频率的方法,并举例说明了该种计算方法的应用和其特点。     

撞击凿入系统的矩阵方法

本文将撞击凿入系统离散成有限个单元，应用矩阵理论建立了撞击矩阵方程，凿入矩阵方程和撞击凿入矩阵方程。     

凿岩机具入射应力波的分析

在凿岩过程中，受凿岩机活塞的冲击作用，在钎杆中形成一系列冲击应力波，并以纵波的形式传递给钎头而达到破碎岩石目的，所以，放射应力波形是控制冲击凿岩的重要因素。文中根据液压凿岩机具、气动凿岩机具和内燃、电动凿同的部分样机的数据，分析了凿岩机和冲击类工具的性能特性、放射应力波形和钎杆应力峰值系数等，其结果将对钎杆的受力分析、凿岩机冲击能的确定、凿岩机具的合理匹配以及凿入系统的研究具有一定的实用价值。