本文關(guān)鍵詞： 沖錘 系統(tǒng) 沖擊 動力學(xué) 分析 優(yōu)化 設(shè)計　　

朱萍玉2010 年09 月27 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討 學(xué)校面向 29 個省、自治區(qū)、直轄市招生，全日制在校生 3.2 萬湖南科技大學(xué)座落在人杰地靈、風(fēng)景秀麗的湘江之濱，一代偉人毛澤東的故鄉(xiāng)——湖南省湘潭市。學(xué)校起源于北宋慶歷年間興辦的湘潭縣，始建于解放前夕成立的湘北建設(shè)學(xué)院 ，2003 年經(jīng)國家教育部和湖南省人民政府批準(zhǔn)，由原煤炭工業(yè)部所屬的湘潭礦業(yè)學(xué)院和湘潭師范學(xué)院兩所全日制本科院校合并組建而成。學(xué)校設(shè)有 19 個學(xué)院， 75 個本科專業(yè)，涵蓋了哲學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、教育學(xué)、法學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、理學(xué)、工學(xué)、農(nóng)學(xué)、管理學(xué)等 10 大學(xué)科，余人。學(xué)校占地面積 3100 多畝，教職工 3000 多人。 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討1. 沖擊模型3. 合作內(nèi)容4. 工作基礎(chǔ)2. 現(xiàn)象及分析主要內(nèi)容 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討1. 沖擊系統(tǒng)模型圖1 三元沖擊系統(tǒng)力學(xué)模型電錘沖擊系統(tǒng)可被抽象為三元沖擊系統(tǒng)電錘沖擊系統(tǒng)在撞擊階段可視為二元沖擊系統(tǒng)圖2 鉆頭與介質(zhì)相互作用力學(xué)模型u 0FuKδK電錘沖擊系統(tǒng)在沖錘、桿（鉆頭）與介質(zhì)之間存在最佳匹配關(guān)系電錘沖擊系統(tǒng)在沖錘、桿（鉆頭）與介質(zhì)之間存在最佳匹配關(guān)系 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討2.1 鉆孔效率隨著鉆頭直徑增大而提高。圖3 孔徑/鉆頭直徑與鉆孔效率的關(guān)系圖2. 現(xiàn)象及分析 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討圖4 沖擊系統(tǒng)效率與匹配系數(shù)的關(guān)系初步分析ηγ電錘沖擊系統(tǒng)在鉆孔時，沖錘、桿、鉆頭與介質(zhì)四者之間存在最佳匹配關(guān)系，它們的匹配系數(shù) 與鉆孔效率 之間的關(guān)系如圖4所示。其中，γ ηZ — 桿（鉆頭）波阻； m — 沖錘質(zhì)量； K — 介質(zhì)剛度。2ZmKγ =1. 隨著鉆頭直徑的增大，它與介質(zhì)的互相作用力的系數(shù)K 增大， 減小，在圖4中為沿著橫坐標(biāo)軸向左的方向變化時，鉆孔效率提高；2. 在變化期中，鉆頭的直徑增加又導(dǎo)致桿波阻局部增加，即Z 局部增加，這樣又使得 增加，此為造成過程中鉆孔效率局部下降的原因。γγ 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討2.2 桿尾端截面積增大，鉆頭柄部直徑增大，鉆頭輸出沖擊功增加AB鉆頭柄部圖5 釬桿變化前后對比圖圖6 鉆頭改變前后對比圖釬桿截面從A改為B，鉆頭柄部直徑從10mm改為18mm，鉆頭輸出沖擊功從3.25J增加到4.7J。 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討錐形桿放大應(yīng)力波錐形桿放大應(yīng)力波圖7 變截面沖擊部件離散模型初步分析應(yīng)力波在傳遞過程中，當(dāng)遇到從一個小波阻到大波阻的錐形桿時，應(yīng)力波幅值會被放大。這就是當(dāng)桿的尾部和鉆頭柄部直徑增大時，形成一個錐形桿段，系統(tǒng)輸出應(yīng)力波增大，從而導(dǎo)致沖擊功增大。 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討2.3 鉆頭柄部直徑不變，鉆頭柄部斷裂壽命隨著鉆頭直徑增大而下降。鉆頭柄部斷裂時的平均打孔數(shù)400334400431411560100200300400500φ12 φ18 φ20 φ22 φ24 φ30PDH06 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討0211→−=++kk kkZZ Zr圖8 小波阻桿撞擊大波阻介質(zhì)初步分析在應(yīng)力波（壓縮波）傳遞過程中，當(dāng)突然遇到大波阻截面時，會發(fā)生反射，反射回的壓應(yīng)力波遇到自由面后，會轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力波，壓應(yīng)力波和拉應(yīng)力波交互作用在鉆頭柄部，從公式中看出，后面的波阻越大，壓應(yīng)力波和拉應(yīng)力波的幅值越大，這就是導(dǎo)致鉆頭柄部斷裂壽命下降的原因。這類似于：一根桿撞擊一個硬的界面時，，界面越硬則桿受力越大，從而桿越容易斷裂，如圖8所示。 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討3.1 波動力學(xué)建模及分析波動力學(xué)建模及分析3.2 結(jié)構(gòu)有限元分析3.4性能參數(shù)測試（試驗臺研制）性能參數(shù)測試（試驗臺研制）3.3 實驗驗證與分析 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討4.1 部分研究課題4.2 獲得的相關(guān)專利4.3 獲得的科研成果獎4.4 代表專著及學(xué)術(shù)論文4.5 所做的部分工作4. 工作基礎(chǔ) 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討4.1 部分研究課題國 家 級產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能不確定性傳遞和穩(wěn)健設(shè)計研究基于多源信息融合的沖擊破巖狀態(tài)辨識與控制沖擊載荷下硬盤驅(qū)動器飛高動態(tài)響應(yīng)與抗振性設(shè)計研究部省 級橫 向沖擊鑿巖機械多學(xué)科耦合概率設(shè)計優(yōu)化礦山?jīng)_擊機械性能隨機不確定性分析與穩(wěn)健設(shè)計產(chǎn)品跌落沖擊破損機理與耐撞性優(yōu)化設(shè)計環(huán)境友好型兩桿沖擊可調(diào)激振式打樁機液壓動力沉樁機沖擊系統(tǒng)動態(tài)特性仿真分析 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討4.2 獲得的相關(guān)專利數(shù)字式振動沖擊傳感器. ZL 200410000731.2 2一種可調(diào)式激振槍. ZL200720062828.5 4兩桿沖擊可調(diào)式激振器. ZL 20071003465463 3. 一種用于測量振動加速度的數(shù)字傳感器. ZL 200320124119.73 1 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討4.3 獲得的科研獎勵12中國有色金屬工業(yè)總公司科技進步三等獎1998中國高校自然科學(xué)獎二等獎2002湖南省科技進步二等獎2005湖南省自然科學(xué)獎三等獎2009機械系統(tǒng)中非線性動力學(xué)定量分析方法與應(yīng)用國家科技進步二等獎1998機械系統(tǒng)典型非線性故障行為機理研究沖擊機械系統(tǒng)波動力學(xué)理論與反演設(shè)計金屬礦床開采礦巖致裂與控制技術(shù)研究與應(yīng)用巖石沖擊加載合理波形與沖擊活塞動態(tài)反演設(shè)計 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討4.4 代表性專著及學(xué)術(shù)論文Li, Lok, 劉德順. Proceedings of Fifth Asia-Pacific Conference. on Shock & Impact Loads on Structures,Singapore, 2003, ISBN981-04-8563-8劉德順,李夕兵,朱萍玉.沖擊機械動力學(xué)與反演設(shè)計.北京：科學(xué)出版社，劉德順,李夕兵,朱萍玉.沖擊機械動力學(xué)與反演設(shè)計.北京：科學(xué)出版社，2007陳安華,劉德順,郭迎福. 振動診斷的動力學(xué)理論與方法. 機械工業(yè)出版社,2001陳安華,劉德順,郭迎福. 振動診斷的動力學(xué)理論與方法. 機械工業(yè)出版社,2001Lok, Li, 劉德順. Proceedings of Fourth Asia-Pacific Conference.Shock & Impact Loads on Structures, Singapore, 2001, ISBN981-04-3831-1劉德順,李夕兵. 沖擊機械系統(tǒng)動力學(xué). 科學(xué)出版社,1999 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討1. Reliability Simulation and Design Optimization for Mechanical Maintenance[J], Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2009,04:594-6012. A new approach for reliability-based design optimization: minimum error point[J], Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006,19(4):514-518 3. Robust design optimization based on performance variation estimate[A], 47th AIAA /ASME /ASCE/AHS/AHC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference[C], USA, 2006 4. Study on quality evaluation model in multi-station assembly processes[J].Engineering Sciences.2008.6(4):25-30 5. Optimization model of tolerance and maintenance design for the two-dimensional multi-station assembly process[A].The 8th international Conference on Fronties of Design and Manufacturing[C],2008 6. Modal analysis and pulse response of mobile hard disk head actuator arrm assembly[A].The 8th international Conference on Fronties of Design and Manufacturing[C],2008 7. Robust mechanism synthesis with random and interval variables[J]. Mechanism and Machine Theory.2008.10(3):1-18. Robust piston multidisciplinary design optimization based on concurrent subsystem simulation and uncertainty analysis.The Eighth World Conference On Integrated Design & Process Technology, 2005, China 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討09. 沖擊機械系統(tǒng)的波動力學(xué)研究.機械工程學(xué)報,1997,33(4):104-11010. 沖擊沉樁系統(tǒng)匹配關(guān)系的波動力學(xué)分析.湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,1998,13(2):11-14 11. 撞擊沉樁系統(tǒng)的波動力學(xué)分析.建筑機械,1995，(9):29-31 12. 撞擊回彈理論研究.中國有色金屬學(xué)報,1996,6(4):171-175 13. 機械沖擊耐撞性與穩(wěn)健設(shè)計.振動與沖擊,2007,26(8):76-80 14. 樁錘與樁撞擊產(chǎn)生應(yīng)力波研究.建筑機械,1995，(5):331-334 15. 截面沖錘與桿撞擊的波動力學(xué)分析.焦作工學(xué)院學(xué)報,1997，16(增):104-107 16. 基于入反射波的桿波阻特性反演方法.煤炭學(xué)報.2009.917. 儲液容器跌落沖擊的有限元數(shù)值模擬研究.中國機械工程,2009.20(1):44-47. 18. 產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計研究進展.中國工程科學(xué), 2009.1119.沖擊式鑿巖機活塞回彈的計算.力學(xué)與實踐, 1996, 18(4):37-40 09. 沖擊機械系統(tǒng)的波動力學(xué)研究.機械工程學(xué)報,1997,33(4):104-11010. 沖擊沉樁系統(tǒng)匹配關(guān)系的波動力學(xué)分析.湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,1998,13(2):11-14 11. 撞擊沉樁系統(tǒng)的波動力學(xué)分析.建筑機械,1995，(9):29-31 12. 撞擊回彈理論研究.中國有色金屬學(xué)報,1996,6(4):171-175 13. 機械沖擊耐撞性與穩(wěn)健設(shè)計.振動與沖擊,2007,26(8):76-80 14. 樁錘與樁撞擊產(chǎn)生應(yīng)力波研究.建筑機械,1995，(5):331-334 15. 截面沖錘與桿撞擊的波動力學(xué)分析.焦作工學(xué)院學(xué)報,1997，16(增):104-107 16. 基于入反射波的桿波阻特性反演方法.煤炭學(xué)報.2009.917. 儲液容器跌落沖擊的有限元數(shù)值模擬研究.中國機械工程,2009.20(1):44-47. 18. 產(chǎn)品跌落沖擊耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計研究進展.中國工程科學(xué), 2009.1119.沖擊式鑿巖機活塞回彈的計算.力學(xué)與實踐, 1996, 18(4):37-40 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討環(huán)境友好型YST-25全水壓支腿式鑿巖機（國家863計劃項目、國家自然科學(xué)基金）01 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討移動硬盤跌落沖擊動力學(xué)分析與耐撞性能穩(wěn)健設(shè)計（國家自然科學(xué)基金）02 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討彈性儲液容器跌落沖擊動力學(xué)分析軸線與地面夾角010軸線與地面夾角0120 軸線與地面夾角090軸線與地面夾角060(Gpa)XYZ（國家自然科學(xué)基金）03 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討液壓動力沉樁機沖擊系統(tǒng)動態(tài)特性仿真分析（湖南新天和工程設(shè)備有限公司合作課題）04 寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討寶時得機械（中國）有限公司合作研究項目研討05新加坡南洋理工大學(xué)材料動態(tài)參數(shù)測試試驗臺（國家科學(xué)基金資助）