D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.0M.003 第17卷第4期 北京科技大学学报 Vol.17 No.4 195年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag.19% 冲击凿岩数学模型及活塞失效分析 刘永才程火金宋连天石志儒 北京科技大学设计研究院，北京100083 摘要应用应力波理论，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. 关键词冲击凿岩，应力波，数学模型，失效分析，选材 中图分类号TD421.22 Mathematic Model for Percussive Rock Drilling and Its application to the Piston Failure Analysis Liu Yongci Cheng Huojin Song Liantian Shi Zhiru Iwstitute of Ewgiweeriwg Rsearch,USTB,Beijiwg 100083,PRC ABSTRACT A mathematic model for percussive rock drilling is established by using the theory of stress waves.The model is verified by experiments and used to analyse the stress on the piston and the causes of the piston failure.A criterion of piston mate- rial selecting is put forward. KEYWORDS percussive drilling,stress waves,mathematical model,failure analysis, material selection 液压凿岩机中某些易损件的使用寿命问题比较突出，其中最关键的是活塞的寿命·国外 同类机械的活塞寿命是国内的几倍甚至十几倍，但作为生产凿岩机的关键技术，不对我国转 让.国内在这方面的研究还很不够，原因在于活塞位于机体内部，其受力不便于直接测量· 作者试图通过建立数学模型，并用简单实验验证，从理论上模拟活塞的受力，了解其受力变 化历程，进而找出活塞失效的真正原因， 1建模的基础理论 1.1撞击面的非线性理论模型！ 根据赫兹方程： a=9π2/16·R2(K,+K2)(r1+r2)/r1r2 (1) 式中：x一远离接触面的两点由于撞击面局部变形而趋近的距离；R一撞击面的压力； r1、r2-两接触面的曲率半径；K,=(1-y)/πE;K2=(1-)/πE;YY2-两撞击体 1994-08-10收稿 第一作者男48岁副教授第 17 卷 第4 期 北 京 科 技 大 学 学 报 1望巧 年 8 月 Jo u r n a l o f U r u v e IS ity o f S Q le n c e a nd Te ch n o fo gy Be ij in g V d . 17 N 心 . 4 A 嗯 . 1更巧 冲击凿岩数学模型 及活 塞失效分析 刘永才 程火金 宋连天 石 志儒 北 京科技大学设计研究 院 , 北京 1侧X阳3 摘要 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 . 关健 词 冲击凿岩 , 应力波 , 数 学模 型 , 失效分析 , 选材 中圈分 类号 T r 岭21 . 2 M a t he ma t i c M o del fo r eP r cl 招s i ve R o ck D r illing a nd I st AP P lica t i o n ot t he P is ot n F a il uer A刀a lys is L iu } ’o n 妇 C灿川夕 H “ oj in I钻 t i t u t e o f E 呢i暇ir 飞 R s e a r e h 肠 ” g L 故n 如 n , U S T B , B e i j i昭 hS i Z h i川 10() 0 8 3 , P R C A B S T R A C T A rna t h e ma t i e mo d e l fo r P e r e u s s i v e r o e k d r il il n g 1 5 es t a b li s h e d b y u s i n g t h e t h e o ry o f s t re s s w a v es . T h e mo d e l 1 5 v e r iif e d b y e x P e r im e n ts a n d u s e d t o a n a l y s e t h e s t r es s o n t h e P i s t o n a n d t h e ca u s es o f t h e P i s t o n fa il u r e . A e r it e r i o n o f P i s t o n ma t e - r i a l s e l e ct i n g 1 5 P u t fo r w a r d . K E Y WO R D S P e r e u s s i v e d r illi n g , s t esr s w a v es , arn t h e ma t i ca l m o d e l , af il u r e a n a l y s i s , Il la t e r i a l S e l e e t i o n 液压凿岩机 中某些 易损 件 的使用寿命问题 比较突 出 , 其中最关 键的是 活塞 的寿命 . 国外 同类机械 的 活塞寿命是 国 内的几 倍甚至 十几倍 , 但 作 为生 产凿 岩机 的关 键技 术 , 不 对我 国转 让 . 国 内在这方面 的研究 还 很不 够 , 原 因在 于活塞 位于 机体内部 , 其 受 力 不 便于 直 接测 量 . 作者 试 图通过建立数学模型 , 并 用 简单实验验证 , 从理 论上模 拟活塞 的受力 , 了解 其受力 变 化历 程 , 进而 找出 活塞失 效的真 正原 因 . 1 建模的基础理论 L l 撞击面的非线性理论模型 川 根据赫兹 方程 : : = 刁9 二 , / 1 6 · 及 , ( x l + x Z ) , ( r l + r Z ) / r , r Z ( l ) 式 中: “ 一 远 离 接 触 面 的 两 点 由 于 撞 击 面 局 部 变 形 而 趋 近 的 距 离 ; R 一 撞 击 面 的 压 力; r : 、 r : 一 两 接 触面 的 曲 率 半径 ; K , = ( 1 一 下子) / 二 凡 K Z = ( 1 一 下里) / 7r ;E 下l 、 九 一 两撞击 体 1望抖 一 佣一 10 收稿 第一作者 男 48 岁 副教授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 04. 003