环境友好型全水压冲击凿岩机动力学 建模与数值仿真

介绍了以普通水作为传动、支撑推进、排屑和润滑介质的环境友好型全水压凿岩机;建立了以弹性杆、弹簧为基本单元的冲击凿岩机 波动力学模型;对YST–25全水压凿岩机进行了动态数值仿真与分析。研究结果表明：活塞最大压应力为102 MPa,最大拉应力为28 MPa,满足 了强度设计要求;钎杆中的应力比活塞的大;尽量减小活塞的截面积变化有利于延长活塞寿命;为了保证凿岩速度和能量传递效率,YST–25凿 岩机宜于在中硬到硬岩中钻进。这为环境友好型全水压冲击凿岩机的改进设计和效能评估提供了依据。     

液压凿岩机冲击系统波动力学建模与数值分析

液压凿岩机是以高压油作为动力,推动活塞撞击钎杆进行工作的冲击机械.冲击系统是液压凿岩机的关键部件,其性能好坏直接影响着液压凿岩机的工作性能.本文以某套阀型液压凿岩机冲击系统为研究对象,基于波动力学理论、测试技术以及数值模拟技术,进行冲击系统动力学特性分析与实验研究,获取钎杆在不同冲击速度下的应力波曲线,对比应力波实验测试曲线和数值模拟曲线,分析表明两者结果较吻合.通过数值仿真模拟可以加快液压凿岩机冲击系统开发进程,为其结构优化设计、改进和能效评估提供依据.     

冲击凿岩机具设计与岩石动力破碎特性

本文结合作者和国内外对岩石动力破碎特所作的一些研究、阐述了冲击式凿岩机具的设计和选型时所必须考虑的一些岩石方面的因素，并指出：在大力加强岩石破碎力学性质研究的同时，必须努力促进该领域基础性研究成果向凿岩机具产品设计方面的转化。     

套阀型液压凿岩机冲击机构结构设计与实验

摘要：以冲击能、冲击频率为设计目标,基于三段分析法设计并计算冲击活塞的结构尺寸、运动参数;依据应力波法,搭建冲击性能测试系统,通过现场测试获得冲击频率,并通过能量计算公式获得冲击能,两者的实测值与设计值基本一致,这为套阀型液压凿岩机的冲击机构结构设计提供了理论指导.     

液压凿岩机的设计与研究——基本公式的导出

本文在假设油压不变的条件下,考虑众多的因素,从一个新的角度出发,导出了一系列描述液压凿岩机性能及其各种参数间的相互关系的基本公式。这些公式对液压凿岩机的设计与研究提供了新的内容。     

液压凿岩机的计算机辅助设计

本文运用计算机模拟方法,得出了园柱阀液压凿岩机的优化工况。为设计新产品提供了选择参数的依据;同时把活塞及阀的运动过程直观地表现在屏幕上,收到了较好的动画效果。     

气腿式凿岩机活塞的非线性动力学特性

以气腿式凿岩机活塞为研究对象,根据实际工况建立了活塞和钎杆冲击系统的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对活塞冲程过程进行了非线性动力学特性分析,得到了活塞与钎杆各个时刻的应力应变情况.结果表明,活塞冲击能的计算结果与实验结果相比误差较小;活塞的最大应力发生在撞击端面上,此外活塞的花键根部也是受力较大的薄弱环节,最大应力介于其疲劳极限与屈服极限之间;活塞的失效形式为端面接触疲劳和花键根部处疲劳断裂,与实际情况十分吻合.     

液压凿岩机的自动防卡钎控制方案

根据对液压凿岩卡钎机理的分析,针对3种不同的卡钎现象,在采用 "绝对变化量"控制条件的基础上,应用计算机技术,提出推进力、回转扭矩的"变化率"控制条件,更准确地对可能出现的卡钎种类进行判定,实现"二路反馈三级防卡"的"主动预防"和"被动防卡"的设想.提出"开关式"和"无级调节式"两种处理方案,防卡钎的同时兼顾钻孔效率.     

高效节能全液压凿岩机的开发和应用

分析传统液压凿岩机的不足之处,并对各种凿岩机进行比较,提出一种新型高效节能全液压凿岩机,以适应当前的市场发展趋势.     

冲击凿岩数学模型及活塞失效分析

应用应力波理论，建立了冲击凿岩的理论模型，并应用该模型对活塞的受力及失效形式进行了分析，找出了活塞失效的真正原因，提出了活塞选材的判据。     

基于SimHydraulics的水力凿岩机冲击系统动态仿真

以自行研发的后控式SYYG65型水力凿岩机冲击系统为研究对象,在Matlab中应用SimHydraulics工具箱,建立水力凿岩机冲击系统动态仿真模型,实现流体/机械的混合仿真.建模过程不考虑系统运行状态的转换,简单有效地实现了活塞和阀芯在水压力作用下的耦合计算.在泵供水流量为120 L/min,减压阀卸荷压力为16 MPa时,对系统进行仿真计算,获得了在此条件下冲击机构运动与活塞前后腔压力变化典型曲线,并与实测结果进行比较.同时,运用这一动态仿真模型对蓄能器参数进行优化计算.研究结果表明:在有效容积为0.24～0.27 L和充气压力为5.00～5.75 MPa的最优工作参数下,SYYG65型水力凿岩机冲击系统能量利用率有显著提高.该SimHydraulics仿真模型对水力凿岩机冲击系统参数设计和优化匹配研究是有效的.     

组合式PDC钻头设计与分析

为解决深井上Φ311井段、深层井段的机械钻速低、周期长、钻井成本高的问题,设计出组合式PDC钻头。在SolidWorks环境下创建复合钻头模型,使用合理的链接并装配,然后以iges文件导出,在导入有限元分析软件。对复合钻头设置载荷、约束及边界条件,确定初始条件,模拟钻头和地层相互运动、接触性分析。对复合钻头的几何设计和性能设计提供了丰富的、有用的信息,同时叙述了组合钻头的破岩原理。采用新型PDC复合片、钻头结构和钻头设计参数,能够提高Φ311井眼及深层的机械钻速。     

基于UG/Open GRIP的麻花钻参数化设计

针对麻花钻设计中繁琐的建模过程的问题,采用UG二次开发工具UG/Open GRIP解决了麻花钻的螺旋槽、后刀面建模的GRIP语言编程问题,开发成功麻花钻参数化建模程序,设计了交互性界面,实现了麻花钻的参数化、交互性设计,提高了麻花钻三维实体模型的设计效率与准确性,并为麻花钻的后续分析和仿真等研究工作提供了支持。     

基于UG的麻花钻三维实体参数化设计

为了解决麻花钻的参数化设计问题,根据麻花钻钻刃的数学模型,利用UG软件建立麻花钻的三维实体模型,再利用UG的二次开发功能开发出直柄标准麻花钻和锥柄标准麻花钻的三维实体参数化自动生成系统.将麻花钻三维实体建模过程和二次开发的程序导入UG软件运行,可简便地生成不同参数下的各种标准麻花钻三维实体模型.系统运行简单可靠,可为麻花钻设计、加工提供依据.     

研究矿岩冲击破碎及动态特性的水平冲击实验法

作者通过对任意入射应力脉冲条件下,水平撞杆法中岩样内部应力均匀化可能性所作的理论分析,论证了用水平撞杆法研究矿岩冲击破碎规律及其动态特性的可行性。在此基础上,详细介绍了自行研制的适用于矿岩冲击破碎领域的气动水平冲击实验机。     

基于钻柱扭转杆模型的扭矩负反馈减振系统优化设计方法

扭矩负反馈减振是控制和消除钻柱周向粘滑振动较为有效的方法之一。原有的扭矩负反馈减振系统优化设计是在将钻柱系统看作单自由度扭转摆的基础上进行的。针对大位移井中这种简化不合理的问题,通过将钻柱系统简化为连续质量扭转杆,建立了基于钻柱扭转杆模型的扭矩负反馈减振系统分析模型,推导出了其非零虚部极点方程。利用非零虚部极点方程的复数解与模态振动的频率及模态衰减指数间的对应关系,提出了以综合模态减幅系数最小化为目标的新的扭矩负反馈减振系统优化设计方法。数值模拟结果表明,对不适于简化为扭转摆的钻柱系统,采用基于钻柱扭转杆模型的新方法进行设计可以取得相对较好的减振效果。     

液压凿岩机双缓冲系统性能参数优化设计

针对以往分析凿岩机入射应力波为定值的情况,基于应力波在不同介质中传递原理,计算经过多次透射和反射到达缓冲活塞的应力波大小,并运用傅里叶级数推导入射应力波模型.采用应变片实验法测试入射应力波波形,依据实验结果对入射应力波模型进行修正.基于牛顿力学理论,构建双缓冲系统的蓄能器等效刚柔耦合模型和双缓冲机构模型.借助Matlab工具,分析缓冲活塞运动规律以及一、二级缓冲腔压力变化规律.采用多目标优化方法对双缓冲系统的性能参数进行优化,获得双缓冲系统性能参数的最优参量：缓冲流量8.5 L·min-1、环形间隙0.017 mm、蓄能器初始充气压力2.3 MPa以及工作压力7.6 MPa.