凿岩系统钎杆接头能量传递特性研究

论文摘要

论文在冲击凿岩理论的基础上,首先运用波动力学等相关理论建立了凿岩机的力学模型,推导了凿岩冲击系统的动力学方程,得出了冲击系统的击入量和效率,分析了冲击系统与工作介质的动态匹配关系;在分析钎杆结构对其抗疲劳寿命的影响的基础上,分别对螺旋副连接柱面承载结构和传统承载结构进行了研究,研究表明前者具有能量传递效率高抗疲劳寿命性能好等特点,为高效长寿命钎杆的研制开辟了新的途径;研究了钎杆接头对应力波的传递特性,发展了Lunderberg关于钎杆接头刚性模型的工作,给出了综合考虑接头的弹性、刚性、和阻尼等特征的钎杆接头的SDM模型,对接头的动力特性作了更确切全面的描述;分析了在给定入射波波长和给定应力波传递特性的情况下,通过钎杆接头能量传递效率最高的应力波,对比了最优入射波与通常采用的矩形入射波的传递效率,可以看出其差值相当小;最后对应力波通过接头的传递特性进行了实验研究,研究结果有力地验证了理论分析的正确性。本论文的研究成果不仅可以为冲击凿岩系统及凿岩钎具的设计提供一定的理论和实验基础,而且对加快采掘工业的发展和工作效率的提高也有较大的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外液压冲击器的发展概况
• 1.1.1 液压冲击器及其优越性
• 1.1.2 液压冲击器的发展历程及其研究方向
• 1.1.3 液压冲击器的基本结构
• 1.1.4 液压冲击器的分类
• 1.2 钎杆接头系统研究的国内外动态
• 1.2.1 钎杆接头连接结构设计的发展
• 1.2.2 钎杆接头系统能量传递特性的研究概况
• 1.3 应力波在冲击碰撞问题中的应用
• 1.3.1 古典碰撞理论的局限性
• 1.3.2 冲击凿岩能量的传递过程
• 1.3.3 冲击波动力学的研究和进展
• 1.4 本课题的来源、研究目的和意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究目的
• 1.4.3 研究内容及意义
• 第二章 冲击凿岩系统力学模型和波动分析
• 2.1 冲击机械系统研究
• 2.1.1 冲击机械系统的基本元件
• 2.1.2 冲击机械系统的分类
• 2.2 冲击凿岩机械系统中的波动分析
• 2.2.1 杆中的应力波理论
• 2.2.2 弹性波的透射和反射
• 2.2.3 弹性波的斜入射
• 2.2.4 杆中纵波的控制方程
• 2.2.5 活塞钎杆的撞击研究
• 2.3 二元冲击系统的动力学分析
• 2.3.1 系统的动力学方程
• 2.3.2 冲击应力波波形函数
• 2.3.3 冲击应力波波形特征分析
• 2.3.4 二元冲击凿岩系统动力学分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 钎杆中应力波的传递特性研究
• 3.1 活塞能量传递效率的研究
• 3.1.1 活塞的反弹速度分析
• 3.1.2 活塞能量传递效率的分析
• 3.2 传统凿岩钎头结构及能量分布
• 3.2.1 凿岩钎头的破岩特点
• 3.2.2 传统凿岩钎头结构及凿岩能量分布
• 3.3 柱面承载螺旋副连接钎杆的理论分析与研究
• 3.3.1 钎杆的失效分析
• 3.3.2 钎杆的力学分析
• 3.3.3 柱面承载螺旋副连接钎杆的理论分析与研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 接头对应力波传递特性的影响研究
• 4.1 不同接头模型对应力波传递特性的影响研究
• 4.1.1 冲击能在接头处传递的分析与计算
• 4.1.2 刚性接头模型的应力波传递特性
• 4.1.3 SDM接头模型的应力波传递特性
• 4.2 通过钎杆接头的应力波的优化
• 4.2.1 优化问题的描述
• 4.2.2 优化问题的解决
• 4.2.3 优化结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 实验研究
• 5.1 冲击凿岩系统的实验研究
• 5.1.1 实验原理及目的
• 5.1.2 实验装置及所用钎具
• 5.1.3 测试及数据处理系统
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 标定系数的确定
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间从事科研及发表论文情况