高气压高效冲击器的技术改造及应用

  摘要:本文介绍了高气压冲击器的应用领域、使用中存在的问题及鉴取国外同类产品进行技术改造的意义。重点阐述了高气压高效冲击器技术改造举措,可为国内科研院所和相关生产企业开发高气压高效冲击器产品,提供有价值的参考建议。

  关键词:高气压高效冲击器技术改造应用

  1概述

  1.1高气压冲击器的应用领域

  国家“十二五”建设时期,水电站的溢洪道开挖、地铁开挖、建筑基桩孔施工、矿山的露天开采等工程,对高气压冲击器及配套钻头的需求,有增无减,据中国钎具学会统计数字显示,我国每年将有15亿美金左右的需要量。市场前景非常广阔。

  高气压冲击器产品与高气压钻头配套使用,广泛应用于矿山、水电工程、建材、石油、地热钻井等行业的潜孔作业。其应用于钻凿直径(152-445mm)钻掘孔,应用领域非常广泛,在国外高气压冲击器产品鉴取的基础上,研发出一种新型高气压高效的冲击器产品是非常有必要的。

  1.2高气压冲击器使用中存在的问题

  据资料显示,目前,国内开发高气压冲击器及其钻头产品的生产厂家约有十几家,但产品使用中还存在很多问题,比如:冲击器外管不耐磨或断裂、前接头断裂、活塞不耐磨或断裂、累计进尺寿命比国外产品平均低1-3倍左右,冲击无力,效率低等。截止至今,尤其是大口径高气压高效冲击器产品在国内还没有推广使用,对以上有针对性的问题研究者甚少。

  1.3分析高气压冲击器的失效形式,提出其技术改造举措的意义

  笔者通过调研,总结归纳出高气压高效冲击器的结构设计和工艺设计的原则和规律,总结无阀高气压高效冲击器的设计思路,针对该产品使用客户提出加大活塞冲击功的要求,进行技术改造,提高其冲击效率,提高高气压高效冲击器产品的使用寿命和市场竞争力,为相关该产品制造类企业开发此类产品提供一定的借鉴作用,凸显其使用价值,具有深远重要的意义。

  2高气压高效冲击器技术改造主要举措

  研究国外高气压冲击器产品的结构和工艺设计,对存在不合理的配气结构加以改进,主要的研究内容如下:

  2.1进行产品调研和查阅文献

  查阅文献和对国内的地铁和深水井钻进施工单位进行调研,了解该产品在国内的作业方式、使用性能、特点及产品使用存在的问题。

  先进的高气压高效冲击器采用无阀配气原理,活塞运动行程长,冲击功较大,其工作时消耗的压缩空气比有阀冲击器少25%左右。耗气量20-30(kg/cm2),气压1.2-1.76(Mpa),具有冲击有力,效率高、寿命长等特点。

  国内仿制国外高气压冲击器产品,还不成熟,存在冲击功小,进尺速度慢,寿命短等缺陷。另外,国外的高气压冲击器配气机构也不是很合理,比如:冲击功还可加大,价格偏高,备件供应也不及时。所以,借鉴国外高气压冲击器的设计思路,并对其不合理的配气结构进行技术改造,研发出一种国产高气压高效冲击器,是非常有必要的。

  2.2对国外高气压高效冲击器产品的结构、作用原理及配气机理进行分析和研究

  对国外高气压冲击器产品的结构和配气机理进行分析、消化吸收,总结归纳其结构和配气机理如下:

  高气压冲击器结构主要由防水装置(逆止阀体、逆止阀座、弹簧)、减震装置(碟簧、气缸配气孔)、配气装置(配气座、气缸、活塞)、冲击回程装置(活塞、气缸、钻头尾管)、定位装置(后接头、前接头、卡簧、外套管)、密封装置(密封圈)等组成。

  冲击器防水装置主要是为了防止冲击器没有高压气进入时,逆止阀体弹簧依靠一定的弹力将后接头通气孔堵死,防止水进入冲击器体内,避免冲击器内部上锈腐蚀。

  冲击器减震装置中碟簧所起的作用是防止活塞回程时撞击配气座,而增设了两对碟簧,两对碟簧对扣安放,又可防止配气座向后产生后座力,而损坏后接头。

  冲击器的配气装置主要由配气座、活塞和气缸组成后腔,活塞、钻头尾管和外套管组成前腔。

  冲击器冲程、回程原理是当前腔有压缩高压气进入,后腔高压气泄气时,此时冲击器活塞回程。当前腔高压气泄气,后腔高压气进气时,冲击器活塞冲击高气压钻头,产生应力波,从而破碎岩石,形成岩孔。冲击器前腔与后腔何时进气主要是依靠气缸配气孔及配气座轴与活塞中间配气孔、钻头尾管与活塞配气孔何时接触形成密闭气腔进行调节,前后腔何时泄气正好相反。

  冲击器定位装置主要由后接头、前接头、卡簧、外套管构成,后接头与钻杆联接,前接头与钻头联接,外套管与前后接头相联接,外套管的外表面要求具有一定的硬度和耐磨性。卡簧由弹簧钢制成,卡在外套管槽内,防止钻头脱落。

  冲击器的密封装置主要由各种球形密封圈构成,防止配气座与气缸间、活塞与气缸间、前接头与外套管间、后接头与外套管间泄气,避免产生压气不足,冲击无力现象发生。

  2.3进行国产高气压高效冲击器技术改造结构图的确定

  根据使用单位提出适当加大冲击器冲击功的要求,笔者进行了结构图的改进。在借鉴国外同类产品结构及配气原理基础上,改变了气缸配气孔的位置,加大活塞的工作行程,提高其冲击功,重新设计其配气机理的结构,改造后的高气压高效冲击器结构图如图1所示:

  2.4冲击器零部件材料的分析和研究

  与国内知名理化分析实验室合作,将国外高气压冲击器产品零部件材料,做试样,进行理化试验,进行机械性能分析,用国内类似钢号替代国外钢号,完成该产品材料的国产化改造。

  3结语

  本文要解决的关键问题是对国外高气压冲击器产品进行配气机理的进一步分析,改进其配气结构,提高冲击效率。进行冲击器零部件的理化分析,完成国外冲击器零部件材料的国产化替代改造。通过完成对国外高气压冲击器产品的鉴取,消化吸收,技术改造的过程,开发出了一种国产新型高气压高效冲击器产品,既提高了笔者对综合科技项目的实际开发能力,又可为国内高气压冲击器生产企业开发此类高效产品提供一定的借鉴作用。

  参考文献:

  [1]胡铭,董鑫业.中高气压潜孔凿岩钻头.凿岩机械气动工具,2009年第3期.

  [2]潘光永.八英寸无阀冲击器结构原理及主要参数的特性分析.凿岩机械气动工具,2011年第2期.

  [3]潘光永.DHD380冲击器的失效形式及改进措施.露天采矿技术,2011年第5期.

  [4]潘光永.JA-382型高气压潜孔球齿钻头.中国特殊钢年会2005论文集,2005年5月.

  [5]潘光永.大口径潜孔钻头的试制.科技信息,2009年第15期.

  作者简介:邵晓伟(1991-),男,浙江绍兴人,主要研究方向为机械设计与制造。本文来自《中华航海医学与高气压医学》杂志

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