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钎杆是井下凿岩工作中消耗量最大的零件,是重要的“传力系统”,其工作性能和使用寿命一直是人们最关注的性能指标。钎杆的工作状态极其复杂,在恶劣的环境下,既要受到活塞的高频高强度冲击,又要承受凿岩机施加的扭矩,还要抵抗各类岩石的抗力及矿水的腐蚀。若凿岩机的冲击频率与钎杆的固有频率相同或接近,则会产生共振现象,在钎杆的径向产生很大的变形;钎杆受到瞬间的冲击作用又使得钎杆纵向产生极大的拉压应力。这些都极易影响钎杆的使用寿命和性能,尤其是在共振和高强度冲击同时发生的时候。为了解决这些问题,本论文主要研究工作如下:(1)从理论上分析了凿岩机活塞碰撞钎杆瞬间,应力波在活塞中传播及在钎杆与活塞接触面处的透射、反射的过程以及凿岩机钎杆入射应力波形的影响因素。以YGZ-90型凿岩机为例,根据钎杆与活塞碰撞时应力波的透射与反射规律,计算该型凿岩机在匹配H35中空六角螺纹连接钎杆时的钎杆入射应力波随时间变化的关系。(2)以ANSYS为平台,从共振的观点分析了钎杆的动力学特性,以长度为2105mm的钎杆为例,通过有限元模态分析得到其前六阶固有频率及其相对应的振型;对不同长度的凿岩用中空六角螺纹连接钎杆进行了模态分析,得到了不同长度钎杆的固有频率,及钎杆长度对钎杆各阶固有频率的影响。通过谐响应分析得出了钎杆在危险频率下的响应及一些响应峰值,并得到了各阶固有频率对钎杆的影响程度。为凿岩机冲击频率与钎杆固有频率的匹配,在实际凿岩工作中避免共振现象的发生提供了一定依据。(3)从动力学的角度分析其断裂的原因。以LS-DYNA仿真软件为平台,对长度为2105mm的H35中空六角螺纹连接钎杆在匹配YGZ-90凿岩机时进行冲击动力学仿真,分析了钎杆两种极端工作状态下(固定端反射和自由端反射)受到双圆柱活塞单次冲击后的应力波的产生和应力波在钎杆中传播、反射的过程,及应力波所到达之处的应力分布,得出了钎杆在凿钻过程中最容易发生失效的部位。通过分析钎杆各个位置的应力分布和现场采样对比分析,验证了仿真分析结果与现场实际基本相符,证明对钎杆进行的动力学分析是可行的。