GQ89型贯通式潜孔锤活塞仿真分析及优化设计.pdf

《GQ89型贯通式潜孔锤活塞仿真分析及优化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、36探矿工程(岩土钻掘工程)第36卷第9期GQ89型贯通式潜孔锤活塞仿真分析及优化设计张永光，曹丽娜，殷琨，王茂森，博坤(1．吉林大学建设S-程学院，吉林长春130026；2．长春工业大学基础科学学院，吉林长春130012)摘要：活塞是贯通式潜孔锤内部的一个重要运动部件，也是产生冲击力、实现冲击碎岩的关键零部件，其受力情况复杂。先对试验生产中破坏的活塞进行有限元分析，找到破坏原因，再通过应力、应变分析优化设计出新活塞。关键词：活塞；受力分析；有限元；优化设计中图分类号：P634．56文献标识码：A文章编号：1672—7428(20

2、09)09—0036—04NumericalSimulationandOptimumDesignofPistoninGQ89DTHHammer／ZHANGYong-guang’，CAOLi一眦，YINKun，WANGMao—SeA，BOKun(1．JilinUniversity，ChangchunJilin130026，China；2．ChangchunUniversityofTechnology，ChangchunJilin130012，China)Abstract：PistonisamovingpartofDTHhammer，

3、whichproducesimpactforcetorealizeimpactingbreakingrockwithcomplicatedstress．Firstly，finiteelementanalysisontheoldpistonthathadbeenbrokenintheexperimentwasmadewiththeANSYS／LS—DYNAprogramtofindoutthecauseleadingtopiston’Sdestruction；thennewpistonwasoptimumde·signedbased

4、OI1theanalysisonstressandstrainwithfiniteelementsoftware．Keywords：piston；stressanalysis；finiteelement；optimumdesign活塞是贯通式潜孔锤内的重要运动零件，潜孔会发生透反射，而不仅仅在锤的两端。等截面冲锤锤工作中活塞在高压空气驱动下做往复运动，高频受到的应力是压应力，而变截面冲锤受到的就不单冲击钻头，在该状态下活塞很容易产生疲劳破坏，所是压应力，而且还受到拉应力，图1为活塞撞击钻头以，针对潜孔锤活塞进行合理的设计，减少应力

5、集中的示意图。现象，对于提高贯通式潜孔锤的寿命和推广该项工艺有着重要的意义。从活塞所承受载荷的角度来看，活塞需具有较高的尺寸精度和表面光洁度，使其具有良好的密封作用及适应高频往复运动的特性；同时需要具有合理的结构设计和进行良好的热处理，使其能高效的传递冲击能量和具有较高的耐机械磨蚀能力及抗冲击能力1活塞受力理论分析贯通式潜孔锤的活塞撞击钻头时，在极短的时间内，其运动速度(大小和方向)发生急剧变化，在急剧变化着的大小和方向都随时间作周期性变化的动载荷作用下，活塞的应变不是整体均匀的应变，质图1活塞撞击钻头示意图点的运动也不是整体一致

6、的速度，应变和速度都是以应力波的形式传播的。在冲击回转钻进过程中，2旧活塞失效现象及有限元分析原因潜孔锤利用活塞的撞击，将应力波通过钻头传递到2．1旧活塞失效现象孔底岩石，实现碎岩钻进。潜孔锤的活塞采用了变活塞是潜孔锤内受力最复杂、最易损坏的部件。截面结构，应力波在其中传播时，在截面变化处必然活塞在高压气体的驱动下，以较高的速度冲击钻头，收稿日期：2009—04—22；改回日期：2009—07—21作者简介：张永光(1982一)，男(汉族)，山西人，吉林大学博士在读，地质工程专业，从事多工艺冲击回转钻进技术研究工作，吉林省长春市吉

7、林大学前卫j区四舍541寝室，zhangqilin206@126．coin。2009年9月探矿工程(岩土钻掘工程)37再通过钻头将冲击能传递给孔底岩石。冲击过程中，活塞所受的作用力大小和方向都作周期性变化，约在100s内其作用力骤增到数十吨，甚至更大，再经过几百微秒，又重新降到零。长期承受反复的瞬间冲击力，会在活塞的某些断面产生应力集中，造成活塞破坏，这种破坏在冲击机械的施工作业中是普遍存在的，最终使活塞失效，如：活塞断裂、活塞头凹陷、活塞头金属剥落等。在起先的试验过程中，贯通式潜孔锤活塞的工图3旧活塞应力图作寿命都很低，不止一次

8、发生断裂，几乎每次断裂都是在活塞的小径部位，有的还有纵向裂纹直达小径的端面，图2为断裂活塞的实物图。活塞的工作寿命将直接影响到潜孔锤本身的性能及贯通式潜孔锤钻进技术的推广与应用，研究其断裂的原因要从活塞特殊的受力状态来分析。图4旧活墨应变图7800