高氣壓高效沖擊器的技術(shù)改造及應(yīng)用

摘要：本文介紹了高氣壓沖擊器的應(yīng)用領(lǐng)域、使用中存在的問題及鑒取國外同類產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)改造的意義。重點(diǎn)闡述了高氣壓高效沖擊器技術(shù)改造舉措，可為國內(nèi)科研院所和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)高氣壓高效沖擊器產(chǎn)品，提供有價(jià)值的參考建議。

關(guān)鍵詞：高氣壓 高效 沖擊器 技術(shù)改造 應(yīng)用

1 概述

1.1 高氣壓沖擊器的應(yīng)用領(lǐng)域

國家“十二五”建設(shè)時(shí)期，水電站的溢洪道開挖、地鐵開挖、建筑基樁孔施工、礦山的露天開采等工程，對高氣壓沖擊器及配套鉆頭的需求，有增無減，據(jù)中國釬具學(xué)會統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，我國每年將有15億美金左右的需要量。市場前景非常廣闊。

高氣壓沖擊器產(chǎn)品與高氣壓鉆頭配套使用，廣泛應(yīng)用于礦山、水電工程、建材、石油、地?zé)徙@井等行業(yè)的潛孔作業(yè)。其應(yīng)用于鉆鑿直徑（152-445mm）鉆掘孔，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在國外高氣壓沖擊器產(chǎn)品鑒取的基礎(chǔ)上，研發(fā)出一種新型高氣壓高效的沖擊器產(chǎn)品是非常有必要的。

1.2 高氣壓沖擊器使用中存在的問題

據(jù)資料顯示，目前，國內(nèi)開發(fā)高氣壓沖擊器及其鉆頭產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家約有十幾家，但產(chǎn)品使用中還存在很多問題，比如：沖擊器外管不耐磨或斷裂、前接頭斷裂、活塞不耐磨或斷裂、累計(jì)進(jìn)尺壽命比國外產(chǎn)品平均低1-3倍左右，沖擊無力，效率低等。截止至今，尤其是大口徑高氣壓高效沖擊器產(chǎn)品在國內(nèi)還沒有推廣使用，對以上有針對性的問題研究者甚少。

1.3 分析高氣壓沖擊器的失效形式，提出其技術(shù)改造舉措的意義

筆者通過調(diào)研，總結(jié)歸納出高氣壓高效沖擊器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的原則和規(guī)律，總結(jié)無閥高氣壓高效沖擊器的設(shè)計(jì)思路，針對該產(chǎn)品使用客戶提出加大活塞沖擊功的要求，進(jìn)行技術(shù)改造，提高其沖擊效率，提高高氣壓高效沖擊器產(chǎn)品的使用壽命和市場競爭力，為相關(guān)該產(chǎn)品制造類企業(yè)開發(fā)此類產(chǎn)品提供一定的借鑒作用，凸顯其使用價(jià)值，具有深遠(yuǎn)重要的意義。

2 高氣壓高效沖擊器技術(shù)改造主要舉措

研究國外高氣壓沖擊器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)，對存在不合理的配氣結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，主要的研究內(nèi)容如下：

2.1 進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)研和查閱文獻(xiàn)

查閱文獻(xiàn)和對國內(nèi)的地鐵和深水井鉆進(jìn)施工單位進(jìn)行調(diào)研，了解該產(chǎn)品在國內(nèi)的作業(yè)方式、使用性能、特點(diǎn)及產(chǎn)品使用存在的問題。

先進(jìn)的高氣壓高效沖擊器采用無閥配氣原理，活塞運(yùn)動行程長，沖擊功較大，其工作時(shí)消耗的壓縮空氣比有閥沖擊器少25%左右。耗氣量20-30（kg/cm2），氣壓1.2-1.76（Mpa），具有沖擊有力，效率高、壽命長等特點(diǎn)。

國內(nèi)仿制國外高氣壓沖擊器產(chǎn)品，還不成熟，存在沖擊功小，進(jìn)尺速度慢，壽命短等缺陷。另外，國外的高氣壓沖擊器配氣機(jī)構(gòu)也不是很合理，比如：沖擊功還可加大，價(jià)格偏高，備件供應(yīng)也不及時(shí)。所以，借鑒國外高氣壓沖擊器的設(shè)計(jì)思路，并對其不合理的配氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改造，研發(fā)出一種國產(chǎn)高氣壓高效沖擊器，是非常有必要的。

2.2 對國外高氣壓高效沖擊器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、作用原理及配氣機(jī)理進(jìn)行分析和研究

對國外高氣壓沖擊器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和配氣機(jī)理進(jìn)行分析、消化吸收，總結(jié)歸納其結(jié)構(gòu)和配氣機(jī)理如下：

高氣壓沖擊器結(jié)構(gòu)主要由防水裝置（逆止閥體、逆止閥座、彈簧）、減震裝置（碟簧、氣缸配氣孔）、配氣裝置（配氣座、氣缸、活塞）、沖擊回程裝置（活塞、氣缸、鉆頭尾管）、定位裝置（后接頭、前接頭、卡簧、外套管）、密封裝置（密封圈）等組成。

沖擊器防水裝置主要是為了防止沖擊器沒有高壓氣進(jìn)入時(shí)，逆止閥體彈簧依靠一定的彈力將后接頭通氣孔堵死，防止水進(jìn)入沖擊器體內(nèi)，避免沖擊器內(nèi)部上銹腐蝕。

沖擊器減震裝置中碟簧所起的作用是防止活塞回程時(shí)撞擊配氣座，而增設(shè)了兩對碟簧，兩對碟簧對扣安放，又可防止配氣座向后產(chǎn)生后座力，而損壞后接頭。

沖擊器的配氣裝置主要由配氣座、活塞和氣缸組成后腔，活塞、鉆頭尾管和外套管組成前腔。

沖擊器沖程、回程原理是當(dāng)前腔有壓縮高壓氣進(jìn)入，后腔高壓氣泄氣時(shí)，此時(shí)沖擊器活塞回程。當(dāng)前腔高壓氣泄氣，后腔高壓氣進(jìn)氣時(shí)，沖擊器活塞沖擊高氣壓鉆頭，產(chǎn)生應(yīng)力波，從而破碎巖石，形成巖孔。沖擊器前腔與后腔何時(shí)進(jìn)氣主要是依靠氣缸配氣孔及配氣座軸與活塞中間配氣孔、鉆頭尾管與活塞配氣孔何時(shí)接觸形成密閉氣腔進(jìn)行調(diào)節(jié)，前后腔何時(shí)泄氣正好相反。

沖擊器定位裝置主要由后接頭、前接頭、卡簧、外套管構(gòu)成，后接頭與鉆桿聯(lián)接，前接頭與鉆頭聯(lián)接，外套管與前后接頭相聯(lián)接，外套管的外表面要求具有一定的硬度和耐磨性。卡簧由彈簧鋼制成，卡在外套管槽內(nèi)，防止鉆頭脫落。

沖擊器的密封裝置主要由各種球形密封圈構(gòu)成，防止配氣座與氣缸間、活塞與氣缸間、前接頭與外套管間、后接頭與外套管間泄氣，避免產(chǎn)生壓氣不足，沖擊無力現(xiàn)象發(fā)生。

2.3 進(jìn)行國產(chǎn)高氣壓高效沖擊器技術(shù)改造結(jié)構(gòu)圖的確定

根據(jù)使用單位提出適當(dāng)加大沖擊器沖擊功的要求，筆者進(jìn)行了結(jié)構(gòu)圖的改進(jìn)。在借鑒國外同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及配氣原理基礎(chǔ)上，改變了氣缸配氣孔的位置，加大活塞的工作行程，提高其沖擊功，重新設(shè)計(jì)其配氣機(jī)理的結(jié)構(gòu)，改造后的高氣壓高效沖擊器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

2.4 沖擊器零部件材料的分析和研究

與國內(nèi)知名理化分析實(shí)驗(yàn)室合作，將國外高氣壓沖擊器產(chǎn)品零部件材料，做試樣，進(jìn)行理化試驗(yàn)，進(jìn)行機(jī)械性能分析，用國內(nèi)類似鋼號替代國外鋼號，完成該產(chǎn)品材料的國產(chǎn)化改造。

3 結(jié)語

本文要解決的關(guān)鍵問題是對國外高氣壓沖擊器產(chǎn)品進(jìn)行配氣機(jī)理的進(jìn)一步分析，改進(jìn)其配氣結(jié)構(gòu)，提高沖擊效率。進(jìn)行沖擊器零部件的理化分析，完成國外沖擊器零部件材料的國產(chǎn)化替代改造。通過完成對國外高氣壓沖擊器產(chǎn)品的鑒取，消化吸收，技術(shù)改造的過程，開發(fā)出了一種國產(chǎn)新型高氣壓高效沖擊器產(chǎn)品，既提高了筆者對綜合科技項(xiàng)目的實(shí)際開發(fā)能力，又可為國內(nèi)高氣壓沖擊器生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)此類高效產(chǎn)品提供一定的借鑒作用。

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作者簡介：

邵曉偉（1991-），男，浙江紹興人，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。