对高风压无阀式潜孔冲击器的气缸进行局部结构优化。通过对冲击器结构与工作原理的分析,建立起其冲击系统的模拟模型,并利用MATLAB进行模拟计算。研究结果表明:在气缸内部增加了一个过渡带,使得后气室进气长度发生了改变;在后气室进气长度等于临界值时,活塞的实际行程最短,频率最高,而活塞单次运动的冲击末速度、冲击功和耗气量基本不变。在气源压力为2 MPa时,后气室进气长度为10 mm时,冲击器的实际行程最小,频率最大,相较于上一代冲击器,频率提高了约9. 3%,其他性能参数与之基本相近,整体性能大幅度提高。研究结果对于高风压无阀式冲击器设计和优化具有参考价值。

潜孔冲击器在工作过程中,气源压力进入工具中驱动活塞做高频高速的轴向往复运动,并冲击钎头使其进行破岩钻进。首先,以无缸潜孔冲击器为例,结合其结构特点分析工作原理;其次,基于计算流体力学、热力学和应力波传递相关理论,考虑气体的压力、温度和密度的变化,分别建立了气室气体的瞬变流模型、绝热模型以及活塞的冲击回弹模型;然后,基于活塞的运动状态和气室气体状态,将潜孔冲击器1个运动周期分为11个不同阶段,结合上述3个模型和活塞的运动