何小宏

(山东天瑞重工有限公司，山东 潍坊 261000)

高气压潜孔冲击器以压缩空气作动力，在使用过程中将压缩空气转化为机械能，从而达到清洗孔底、冷却钻头以及产生钻进的目的。因其采用回转和冲击联合作用，具有质量好、成本低以及效率高的特点。活塞作为冲击器的主要工作部件，其结构的合理性直接影响冲击器的钻进效率。近年来，张国忠、戚靖洋等，围绕活塞的动力过程，采用点变换的方式建立结构参数与工作参数的相关关系[1]；曾璟等根据冲击器活塞载荷以及破损情况，提出一些提高活塞寿命的解决方案[2]；朱丽红、博坤等从潜孔锤活塞的结构以及材料两方面进行分析，利用相关模拟软件对改进活塞进行应力分析[3]。本文以某公司的5 寸高气压气动冲击器为研究对象，建立活塞撞击钻头的模型，从而研究活塞质量一定，活塞长度发生变化时的应力变化。

1 活塞撞击钻头的工作原理

图1 中，活塞受到前气室压缩空气的作用进行回程运动，回程运动完成后，后气室充满的压缩空气推动活塞进行冲程，活塞以一定的速度撞击钻头尾部，将能量传递到钻头。钻头前部合金齿与岩石接触，传递压力至岩石，岩石被挤压产生裂纹。钻头在钻机带动下旋转，旋转中有裂纹的岩石被切削下来。

图1 冲击器剖面图

高气压冲击器的活塞撞击钻头瞬间，活塞的运动速度(大小和方向)发生急剧变化，在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，质点的运动速度也不是整体一致的速度，应变和速度都以应力波的形式传播。……