GQ89型贯通式潜孔锤活塞仿真分析及优化设计.pdfVIP

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(2009)09—0036—04 NumericalSimulationandOptimum DesignofPistoninGQ89DTHHammer／ZHANGYong-guang’，CAOLi一眦 ， YINKun，WANGMao—SeA ，BOKun (1．JilinUniversity，ChangchunJilin130026，China；2．ChangchunUniversityof Technology，ChangchunJilin130012，China) Abstract：PistonisamovingpartofDTH hammer，whichproducesimpactforcetorealizeimpactingbreakingrockwith complicatedstress．Firstly，finiteelementanalysisontheoldpistonthathadbeenbrokenintheexperimentwasmadewith theANSYS／LS—DYNA program tofindoutthecauseleadingtopiston’Sdestruction；thennew pistonwasoptimum de· signedbasedOI1theanalysisonstressandstrainwithfiniteelementsoftware． Keywords：piston；stressanalysis；finiteelement；optimum design 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