分析气动回扩锤的计算机仿真与优化研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com冲击锤有气动矛、夯管锤和碎管机等设备，上述设备为：气动回扩锤的回扩头与水平定向钻钻杆相连，空对于在地质条件较好的地层中进行非开挖管线铺设压机通过钻杆向气动回扩锤提供高压气体，并由水是十分有效的，但不能用于岩石、卵砾石等复杂地层平定向钻提供回转运动。气动回扩锤的活塞在高压中的管线铺设。气体的作用下，做往复运动，并撞击回扩头，提供冲本文研究的气动回扩锤是一种新型气动冲击设击能，回扩头冲击切削工作地层。备，它和水平定向钻机配套使

2、用，可以满足在岩石、该气动回扩锤和气动矛、夯管锤等设备有所不卵砾石等复杂地层中扩孔和置换管线的施工要求。同，它和潜孔钻的工作原理相似。首先，气动回扩锤本文旨在弄清回扩锤活塞内部的运动规律和受力过有回扩头，在对工作的地层进行冲击的同时进行回程，揭示回扩锤内部工作的复杂过程，建立工作原理转切削钻进，从而完成扩孔。而气动矛、夯管锤等工的数学模型，进行结构参数的优化设计。作时候只是对工作地层进行冲击扩孔。其次，气动回扩锤的扩孔方向是钻杆回拉的方向，和传统的冲击1气动回扩锤的工作原理和结构特点锤不同。再次，气动回扩

3、锤在工作的时候，钻杆内部气动回扩锤属于低频、高冲击能量型气动冲击是输气通路，而水平定向钻单独工作时候钻杆内部基金项目：国家863项目(2003AA430120)一16一维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com后封头活塞内活塞内活塞杆排气孔回扩头冲程方向回程方向前气室后气室控制阀孔排气室缸体图1气动回扩锤的结构示意图则是输送泥浆。的排气量和压力为定值；④忽略摩擦阻力影响，回回扩锤的工作过程可分为回程和冲程运动。当扩锤处于水平工作状态。回扩锤处于回程工作状态时，活塞

4、速度为零，与回扩2．2气动回扩锤系统数学模型的建立头接触，后室始终与高压气路相通，此时前室压力与2．2．1气动回扩锤活塞的运动方程外界大气相通。活塞在压缩气体的作用下作加速向回扩锤在工作时，后室始终受高压气体的作用，前运动，当阀孔被内活塞关闭后，前室被隔离，随着后室压力在活塞运动过程中变化不大，在此先忽略活塞向前运动，前室容积缩小，前室内的空气被压波动的影响，把后室压力视为常数P。，假设前室压力缩，当活塞继续向前运动，阀孔越过内活塞后，前室为p(f)，P(f)是时间和结构参数的函数。则可导出回与后室相通，

5、压缩空气从后室进入前室，前室压力急扩锤活塞运动规律的微分形式为：剧升高直到前、后室的压力相等，由于前室压力面积2大于后室压力面积，活塞在压缩气体的作用下作减m1-p(t)A2-F(1)dt速运动，直到速度为零。当回扩锤活塞冲程开始时，活塞运动速度为式中：m为活塞质量，kg；A、A：为后、前室活塞受压零，由于前后室的压力相等，前室压力面积大于后面积，m2；F为综合阻力，N；5为活塞位移，m；t为时室压力面积，活塞在压缩气体的作用下作加速运间，S。动，当阀孔被内活塞关闭后，前室被隔离，随着活塞2．2．2气室内

6、气体压力的动特陛分析向后运动，前室容积增大，前室内的压力降低，当活所谓气体压力动特性就是研究各气室内压力随塞继续向后运动，阀孔越过内活塞后，前室压力与时间的变化特性。气室内压力的变化决定了活塞的外界大气相通，压缩空气从前室进入外界，前室压运动。由假设②和文献f3、4T可以求得各气室回程和冲力急剧降低，活塞在后室压缩气体的作用下作减速程的气体压力特性方程：运动，并与回扩头碰撞，速度降为零。回扩锤在压=-plk[一]回酬(2)缩气体的作用下，回程和冲程交替进行，实现对导向孔回扩加工。--plkf+‘m1]冲程

7、时(3)2计算机仿真数学模型的建立k2[A2网u+‘]回程时(4)2．1气动回扩锤系统的假设回扩锤系统内部的动力过程非常复杂，要想全=：i一专‘]冲程时(5)面地分析其动力过程是不可能也是没有必要的。为了合理分析回扩锤系统内部的动力过程，简化计算一3]回程时㈦并得出适合工程应用的解，应去除系统中的次要因素，保留能描述系统动力过程的主要因素，作如下假A3u+‘]冲程时(7)设：①气室内气体的热力过程为准静态过程；②气室内气体变化为绝热过程；③空压机输送给回扩锤式中：5为活塞行程，m；为活塞速度，m／s；pl

8、、p：、p，一17—维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com为后气室、前气室、排气室内的气体压力，MPa；V、内，气室内的压力保持稳定，气室内的压力的变化和l，：、l，为后气室、前气室、排气室内的气垫体积，活塞位置的变化被看作是在这段很短的时间内同时mm；m。、、m为后气室、前气室、排气室内的气体发生的，在每一时间段开始时，活塞的位置和速度及质量，kg；k为气体绝热指数。各气室内气体