杨 雄，萧志钰 （长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023）

在矿山工程施工中，潜孔冲击器凭借其特有的优势得到广泛应用［1］。活塞是潜孔冲击器中最重要部件之一，其受力最复杂且最易损坏。在潜孔冲击器施工作业中，活塞的小径圆角过渡部位会发生不同程度的断裂 （见图1），这严重影响了潜孔冲击器的工作寿命。为解决上述问题，笔者应用通用有限元分析软件ANSYS，对SRHD55B型潜孔冲击器活塞进行了有限元动态仿真模拟分析，以了解圆角半径和冲击末速度对活塞应力应变的影响及其变化规律。

图1 断裂的活塞

1 潜孔冲击器工作原理

潜孔冲击器一般由活塞、钻头、岩石冲击器组成［2］（见图2），其具体工作原理是高压气体通过一定的气路首先进入潜孔冲击器的前腔，由于前腔内气压P2处于高压状态，后腔内气压P1处于低压状态，于是潜孔冲击器内部的活塞开始做回程运动。当活塞回程到一定距离时，由于气动冲击器内部气阀的变换，使得前腔内气压P2逐步下降，最后处于低压状态，而后腔内的气压P1转变为高压状态，活塞便依靠惯性继续回程直至停止，然后做冲程运动。在冲程运动的末端，活塞以一定的速度撞击钻头，使钻头获得足够的能量来破碎岩石，最终达到凿岩钻孔的效果。

图2 气动潜孔冲击器的工作模型简图

图3 活塞及钻头模型

2 动态仿真模拟分析

潜孔冲击器的活塞撞击钻头属于状态变化的非线性动力学接触问题，可以在ANSYS LS－DYNA环境中对其进行分析，分别建立活塞和钻头的三维模型，定义活塞下端面与钻头上端面接触，再进行网格划分、加载并求解。……