液压凿岩冲击凿入系统波动力学研究与试验

In modern mining and energy extraction, road tunnels and underground engineering, the construction technology of hydraulic rock shock chisel into has been widely applied. .In engineering practice, how to improve the rock drilling efficiency of rock drilling equipment has been the focus of attention, for a long time, scholars from various countries try to study the two aspects of the impactor and impact system components, through systematic comprehension the energy transfer characteristics of rock drilling process to find an effective way to improve the efficiency of rock drilling and broken. Theory and practice shows that a better drilling effect was getting only when hydraulic rock drills and the system of impact chisel into have a certain match. For hydraulic rock impact chisel into system, the project intends to depth study energy transfer characteristics, system simulation, parameter optimization, life analysis and control strategy of key components of hydraulic rock impact system, and wave mechanical model based on drilling efficiency. Applying of the wave mechanics theory improves understanding of hydraulic rock chisel into system from macroscopic appearance to microscopic nature stage, not only deepening the hydraulic rock chisel into theory, but also a research and development needs of hydraulic rock drilling equipment. The theory and application results have important meaning for promoting technological progress and tunneling equipment of modern construction technology.

在现代矿山能源采掘、道路隧道及地下工程中，液压凿岩冲击凿入施工工艺得到了广泛的应用。在工程实践中，如何提高凿岩设备的凿岩效率一直是人们关注的重点，长期以来，各国学者试图从冲击器和冲击系统部件结构两方面的研究，通过系统的把握凿岩冲击过程的能量传递特性来寻求提高凿岩破碎效率的有效途径。理论与实践表明，只有液压凿岩机和冲击凿入系统作某种匹配时,才能得到较好的凿岩效果。针对液压凿岩冲击凿入系统，本项目拟对液压凿岩冲击系统能量传递特性、基于凿岩效率的波动力学模型、液压冲击凿入系统仿真模拟和参数优化、液压冲击凿入系统关键部件的寿命分析与控制策略等方面展开深入研究，应用波动力学理论，使对液压凿岩冲击凿入系统的认识从宏观表象阶段提高到微观本质阶段，不仅是对液压凿岩冲击凿入理论分析的深化，更是研究和开发液压凿岩设备的需要。所形成的理论和应用成果对推动现代掘进工程装备及施工工艺的技术进步有重要意义。

液压凿岩掘进装备在能源采掘、冶金矿山、地质勘探、城建基础等施工领域应用广泛。在液压凿岩冲击凿入施工工艺的工程实践中，如何提高凿岩设备的凿岩效率一直是人们关注的重点。.本项目在对某型液压凿岩机结构原理及活塞运动学分析的同时，将应力波的作用理论引入液压凿岩冲击凿入系统研究中，以其主要工作机构液压冲击器为物理模型，构建液压凿岩机活塞与钎杆间接碰撞的二元冲击系统模型，研究了液压凿岩冲击系统能量传递特性与凿岩效率的内在关系，从本质上揭示了液压凿岩冲击凿入系统的能量传递规律。.通过对液压凿岩冲击系统波动力学理论研究，应用数学建模与仿真方法，模拟应力波在活塞、钎杆及岩石间的传播规律，分析在给定入射波波长和给定应力波传递特性的情况下能量传递效率最高的应力波形状，为活塞、钎杆等液压凿岩机关键部件设计提供理论依据；针对钎杆专用低碳马氏体钢，通过现场凿岩试验结果、金相元素分析、强度与韧性的关系，提出了可以利用它的相变临界冷却速度不高的特点，采用锻后余热淬火工艺，提高其综合性能，为增强其使用寿命提供技术方法指导。.建立了液压凿岩冲击凿入系统的试验平台，在不同凿岩工况下，完成了液压凿岩冲击凿入系统性能综合实验，进行了液压凿岩过程相关数据采集和分析处理,并研制了液压凿岩冲击能与回转扭矩的测试标准。.在上述研究工作基础上，坚持理论研究与实际应用相结合的原则，展开“产学研施用”创新发展思路，在能源交通、冶金矿山、地质勘探、电力线路、城市建设基础的工程实际中，研发了YYG/TFYY/ZJ系列液压凿岩机、JWZ-L-300高原微型钢管桩多功能液压钻机等多款装备，在保障了国家重点工程施工进度和质量，产生间接经济效益达数亿元，施工工程单位和用户反映良好。大大提高了凿岩掘进施工效率、降低了钻孔掘进成本，对提升液压凿岩掘进装备智能化水平、改进施工工艺和推动该工程领域的技术进步，具有重要意义。