一种用于误差通道预辨识的气动冲击锤特性分析

针对船舶机械设备主动减振系统的误差通道预辨识问题,研制了一种气动冲击锤作为激励力源。为了解气锤的特性,对其开展仿真和试验研究。首先通过建立气锤气体做功过程的热-机耦合模型和锤头冲击过程的动力学模型,得到锤头冲击速度、冲击力及冲击时间之间的数学物理关系,对比分析活塞组件工作过程的仿真和试验测试结果;然后探讨复位弹簧刚度、活塞与气缸壁之间的黏性阻尼、气缸内的死区容积等结构动力学参数对锤头冲击速度的影响。最后对气锤冲击力的仿真和测试结果进行对比分析,并应用气锤对弹性结构进行传递函数测试,与传统力锤激励的测试结果进行比较,验证气锤对结构动力学特性参数测试的可行性和有效性。

疲劳裂纹气动冲击的维修机理及效果

为探明气动冲击技术对钢桥面板疲劳裂纹的维修机理及修复效果,首先基于动力学理论,研究气动冲击过程中靶材的塑性变形规律,分析在塑性变形作用下的裂纹表面闭合过程;随后,采用数值模拟,探讨裂纹表面闭合部位的局部应力场及其在受载作用下的应力响应和变形规律;最后,通过疲劳试验对气动冲击的维修效果进行对比验证.结果表明:所提出的数学模型可对冲击深度进行预测,气动冲击过程中材料表面将产生显著的塑性变形,其冲击深度与横向变形近似相等;当裂纹断面横向相对变形量大于裂纹宽度时,会产生接触闭合及相互挤压行为,从而在接触闭合部位形成局部压应力区;该压应力能够一定程度上抵抗外荷载对裂纹表面的张拉作用,降低裂纹尖端应力强度因子,从而延缓或阻碍疲劳裂纹扩展.

煤矿井下硬岩气动冲击回转钻进效率研究

为提高煤矿井下穿层孔钻遇硬岩的钻进效率,采用中风压气动冲击回转钻进方法,运用Workbench/LS-DYNA仿真软件分析不同气体压力和不同钻机转速对机械钻速的影响关系,并在淮南某矿进行现场试验。仿真分析及现场试验结果表明:气体压力是有效提高机械钻速的最主要因素,机械钻速随着气体压力的增大而增大,钻机转速在40r/min时对机械钻速的影响最大;所得气体压力值为1MPa,钻机转速为40r/min时是最佳钻进参数组合,且黏滑振动现象得到较大改善;9组现场试验平均机械钻速为18.6m/h,是采用该技术方案前8.48m/h的2.2倍。研究结果为实际工程中改善硬岩钻进效率提供了重要参考。

气动冲击旋转钻进在煤矿硬岩钻进中的应用

分析了当今煤矿井下施工硬岩钻孔的几种方法,通过对比,着重介绍了采用气动冲击器结合全液压钻机进行气动冲击旋转组合钻进的方法施工硬岩钻孔,同时列举出了该方法的优点,给出了主要参数的计算确定方法,并在现场应用过程中进行了进一步的验证,得出了该方法施工硬岩效率较高、经济性好的结果,同时给出了应用该工艺的合理建议,为该工艺的推广奠定了基础。

交变气动冲击锤瞬态冲击特性分析

应用一维瞬态应力波特征线法对交变气动冲击锤的冲击系统进行理论分析,研究冲击部件之间瞬态波的传播及撞击接触面撞击力的变化规律。重点利用非线性动力学分析软件LS-DYNA对交变气动冲击锤的冲击系统模型进行仿真计算,并与理论分析结果对比,验证了仿真模型具有较高的可靠性。研究中计算分析活塞初始冲击速度、工作介质性质对撞击接触面撞击力和活塞冲击反弹速度的影响,得出了活塞瞬态动力特性与活塞初始冲击速度和工作介质性质的关系。研究结果表明,不同物理特性的工作介质对应的气动冲击锤瞬态冲击特性也不同。研究结论为进一步研究气动冲击锤以活塞的冲击特性来判断工作对象的性质提供了理论依据和实际参考。

KCM130型可控气动冲击矛及附件的研制

阐述了KCM130型可控冲击矛的设计思路、结构原理 。

“穿地龙”机器人气动冲击机构的研究

通过对“穿地龙”机器人冲击机构工作原理的分析 ,建立了冲击机构的数学模型 ,分析了冲击能、冲击速度与活塞行程的关系 ,确定了冲击机构的配气长度 。

钻孔作业中反向扩孔气动冲击器尾气携岩特性

建立了由反向扩孔气动冲击器排气孔到后封头的排屑流场,运用计算流体力学理论和FLUENT仿真软件研究了冲击器工作过程中尾气的携岩特性。基于冲击器的结构和工作原理,对气固两相排屑流场进行了数值仿真模拟,进而得到流场的气相特性以及岩屑颗粒运动轨迹和浓度分布规律。结果表明:冲击器排气孔尾气进入排屑流场后流速降低,流场压力由入口到出口逐渐降低;岩屑颗粒向流场底部聚集,颗粒平均浓度沿着远离入口方向变化不大,最大浓度沿着远离入口方向逐渐下降,最终趋于平稳。分析了钻进速度和尾气流量对携岩特性的影响,结果表明:随着钻进速度的增加尾气携岩能力下降,额定工作压力0.8 MPa时钻进速度应小于12.6 m/h;随着尾气质量流量的增加携岩能力提高,施工时应该在保证冲击器工作性能的情况下适当增加尾气质量流量。

反向扩孔气动冲击器的计算机仿真与优化研究

分析了反向扩孔气动冲击器工作原理,并对活塞进行运动和动力学分析,建立活塞运动的微分方程组;对工作过程中冲击器内三个气腔的容积和压力变化规律进行分析,建立活塞在不同运动阶段期间三个气腔的容积和压力变化方程组,以及活塞在不同运动阶段期间三个气腔间气体质量交换的流量方程组。通过上述研究建立反向扩孔气动冲击器工作过程的数学模型和仿真方法。研究冲击器的性能参数与结构参数之间的理论关系,在此基础上建立冲击器的优化设计方法,为反向扩孔气动冲击器的应用提供理论支持。

反向扩孔气动冲击器内活塞结构的仿真研究与优化设计

分析了反向扩孔气动冲击器工作原理,运用牛顿运动定律、热力学能量守恒定律、定常流动能量方程、波动理论等建立活塞运动的数学模型——冲击器性能(钻头获得的冲击能和破岩的有效功率)与内活塞结构参数的函数关系.利用Matlab数学软件对反向扩孔气动冲击器活塞运动的数学模型进行数值求解.对影响反向扩孔气动冲击器性能的各内活塞结构参数进行了详细的仿真分析,得到了各结构参数与气动冲击器性能之间的关系.钻头所获的冲击能和破岩有效功率会随着内活塞外径、内活塞长度、内活塞前端到钻头的距离的增大而减小.

反向扩孔气动冲击器活塞结构优化设计研究

研究反向扩孔气动冲击器活塞结构与工作性能的关系,对活塞各结构参数进行优化设计。为了解决上述问题,从反向扩孔气动冲击器工作原理出发,运用活塞运动微分方程、热力学能量守恒定律、定常绝能流动能量方程、波动理论等建立活塞运动数学模型,利用MATLAB数学软件对其进行数值求解,分析活塞结构参数对反向扩孔气动冲击器性能的影响,并进一步运用优化设计理论,对活塞各结构参数进行优化设计。仿真结果表明:冲旋钻头所获得的冲击能随着活塞质量和活塞内径的增大而减小;随活塞直径,阀孔直径和阀孔到活塞前端距离的增大而增大。通过对正交试验结果的分析,得到了活塞结构参数的最佳组合。

一种双腔射击式气动冲击锤的设计与性能分析

设计了一种结构紧凑的双腔射击式气动冲击锤,建立了该冲击锤工作过程的动力学模型,通过数值求解得到了气动冲击锤冲击速度、位移随时间的变化规律,以及气动冲击锤结构和气动参数对芯锤运动特性的影响。结果表明:芯锤冲击速度随通气小孔的直径增大而增大,当直径增大到一定值后,冲击速度增大不再明显;背压腔排气孔直径的大小在一定范围内会改变芯锤速度的变化趋势,当排气孔直径较小时,芯锤速度先增后减,当排气孔直径增大到一定值后,芯锤速度始终增加;预压气腔的初始体积对芯锤的冲击速度没有影响。同时,采用有限元方法对冲击锤冲击碰撞过程进行了仿真,得到了冲击时间及冲击力的大小。研究表明,所设计的双腔射击式气动冲击锤具有结构轻、冲击力大的特点。

气动冲击器研究现状及发展趋势

阐述了气动冲击旋转钻井用气动冲击器国内外近期的研究现状,以及各类冲击器的结构和性能参数,并提出了气动冲击器的发展趋势。

气动冲击作用下钢桥疲劳裂纹闭合深度影响因素研究

针对气动冲击作用下钢桥裂纹闭合开展试验研究,以带人工裂纹平板试件为研究对象,考虑不同冲击方式、冲击参数、材料强度等因素下对裂纹闭合深度的影响.建立拉伸荷载作用下带扁平椭圆裂纹的扩展有限元模型,从应力强度因子的角度分析了不同裂纹闭合深度对裂纹扩展速率的影响.结果表明:三次冲击作用下,裂纹闭合表面较为平整且闭合深度更深.当裂纹宽度较小时,采用合理的冲击参数可获得较大的裂纹闭合深度,本次试验中,裂纹最大闭合深度可达2.0 mm.有限元结果显示,随着裂纹闭合深度增大,裂纹尖端应力强度因子大幅度下降,但增幅逐渐趋于平缓,从应力强度因子的角度表明了气动冲击作用对延缓裂纹扩展具有积极作用.

集束式扩孔气动冲击器排屑性能的仿真研究

为了研究集束式扩孔气动冲击器的排屑性能。建立了其排屑流场模型,运用计算流体力学理论和FLUENT仿真软件,对气固两相流场进行仿真计算,并进一步分析冲击器不同钻进速度和尾气质量流量对其排屑能力的影响,得到排屑流场气相特性规律,岩屑分布规律,不同钻进速度和入口气相质量流量下的颗粒浓度分布。研究结果表明:冲击器排气孔尾气进入排屑流场后流速降低,流场压力由入口到出口呈梯度分布且逐渐降低;岩屑颗粒向流场底部聚集,颗粒平均浓度沿着远离入口方向变化不大,最大浓度沿着远离入口方向逐渐下降,最终趋于平稳;施工时最大钻进速度应低于8.4m/h,增大尾气质量流量排屑能力增强。

反向扩孔气动冲击器结构对其性能影响的仿真研究

分析了反向扩孔气动冲击器的工作原理,建立了反向扩孔气动冲击器系统内部动力过程的的微分方程组。运用计算机仿真技术,对微分方程组进行求解,分析和研究反向扩孔气动冲击器的性能(冲击能、冲击频率、活塞行程和耗气量)与结构参数(阀孔到活塞前端距离、内活塞前端到锤头的距离)之间的相互关系。求得结构参数与性能参数相应的仿真数据与曲线。

全孔反循环气动冲击潜孔锤设计及其冲击碰撞性能研究

设计了一款全孔反循环气动冲击潜孔锤,主要由逆止阀系统、气缸、锤体、芯管、钻头等组成,可在井底形成冲击回转破岩效果,提高硬质地层机械钻速。为使该潜孔锤达到破岩要求,并防止高频冲击导致井底岩屑重复破碎,建立了该潜孔锤的虚拟样机,采用多体动力学和显示动力学仿真方法,对锤体与钻头间的冲击碰撞作用进行了仿真模拟,分析了潜孔锤工作过程中冲击运动组件的碰撞特性及其结构强度,并应用回归分析方法获得了锤体回弹速度与上一循环的冲击末速度关系的计算方程,通过强度分析得出了锤体冲击末速度的最适合范围为5.8～7.2m/s。

气动冲击器系统的机理与方案分析

气动冲击器是非开挖技术的一种关键冲击设备,该设备可在地表不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线。目前国内外有关气动冲击器设计理论和方法的文献几乎没有。该文将以国内某公司研制的PM系列气动冲击器作为结构模型,对冲击器的工作机理进行理论研究,并提出两种新型气动冲击器的结构方案,供大家参考。

气动冲击式轨迹可控穿孔机曲线机理的研究

介绍了一种新型可控向非开挖施工机械———气动冲击式轨迹可控穿孔机。

穿地龙机器人气动冲击机构的分析与优化设计

通过对穿地龙机器人作业方式与轨迹可控冲击矛作业方式的简要比较,确定了穿地龙机器人的气动冲击机构,建立了数学模型,对其运动过程进行了数值模拟求解;分析了活塞各段位移与质量对输出参数———冲击能、振动频率、冲击速度、回撞速度的影响,指出参数之间相互联系、相互制约的关系;以冲击活塞行程为目标函数进行了冲击机构的优化设计,得到了优化设计参数;进行了冲击机构冲击力、振动频率等性能参数的测试试验,验证了优化设计结果的合理性。