气动潜孔锤与短钻柱系统耦合冲击振动机理研究

潜孔锤钻进在水井钻凿、矿山开采、建筑工程施工中的应用越来越多，潜孔锤周期冲击钻头，引起短钻柱系统的激振，吸收潜孔锤破碎岩石的动能，冲击钻头球齿的磨损加速，缩短钻头寿命，降低潜孔锤钻进速度。迄今为止未见有关潜孔锤与短钻柱组合钻具系统的动力学研究的报道。该课题拟通过理论计算和实验分析，来确定短钻柱的各阶振动模态、固有频率和振型；通过潜孔锤冲击钻头的幅值谱、功率谱来确定特定潜孔锤工作冲击谱的有效频率范围；进而对潜孔锤钻具系统整体的动特性进行测试和频谱分析，揭示潜孔锤钻进的钻具系统受到周期性瞬态冲击力激振时，钻具系统的刚体运动、固有振动和强迫振动的动力学规律。该研究将为短钻柱与潜孔锤之间的耦合设计奠定理论基础，可对潜孔锤钻具系统进行有效的动力学修改，以优化潜孔锤钻进工艺参数，防止钻具系统共振、延长钻杆和冲击钻头寿命、提高穿孔速度，具有重要的实际应用价值。