文档介绍：第卷第期煤炭学报. .
年月.
文章编号:———
基于入、反射波的杆波阻特性反演方法
刘德顺,何先可,段凯,徐小艳
湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室,湖南湘潭
摘要:
波在变波阻部件中的传播规律,建立基于波透反射关系方程,然后介绍已知冲击入射波和钻头反
射波反求钻头波阻的反演原理与计算方法,最后以数值仿真对反演方法的正确性进行了验证.
关键词:钎杆;波阻特性;反演;应力波
中图分类号:. 文献标识码:

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在冲击凿岩机械系统研究中,钻头对岩石的作用力与凿深的关系曲线反映了钻头与岩石相互作用机
理,是对冲击凿岩机械系统工作状态进行诊断和实施最优控制的基础¨.由于直接测试法要将传感元件
附于钻头或被钻进岩石上来测量冲击点的力和位移,这种方法即使在实验室中也很难实现,在冲击凿岩系
统工作中几乎无法实现,因此,间接测试法引起广泛关注. 间接测试法一般是应用测量钎杆的应变来推算
钻头上的冲击力和位移,通常钎杆较长,并且有一部分不在炮孔内,,
,和等人先后提出了两点应变测量法和两点应变测量钻头的冲击力和位移的方
法;对于较长的钎杆,刘德顺、,
在间接测试法中,必须根据钎杆和钻头的波阻特性来推算作用力与位移,虽然等截面均质钎杆的波阻容易
求得,但准确计算几何形状复杂且有硬质合金镶嵌的钻头的波阻并不容易,而且钻头与钎杆连接状态和与
岩石的接触状态都将对波传播特性产生影响,这将导致这种测试法获得的作用力与凿深的关系曲线不能准
收稿日期:—责任编辑:许书阁
基金项目:国家自然科学基金资助项目;湖南省教育厅重点科研资助项目;湖南省自然科学基金资助项目

作者简介:刘德顺~ ,男,湖南湘潭人,教授,博士生导师.:—,—:.
煤炭学报年第卷

阻的方法,,建立基于波透反射关
系方程;然后提出已知冲击入射波和钻头反射波反求钻头波阻的反演原理与计算方法,最后以数值仿真对
反演方法的正确性进行验证.
弹性杆波动分析
冲击凿岩机活塞冲击钎杆产生一应力波,应力波沿钎杆传播,通过钻头作用在岩石上,使岩石发生破
碎,钎杆和钻头不断旋转冲击破碎岩石,岩屑被不断排出形成炮孔. 一般将冲击凿岩机械系统抽象为一维
线性弹性杆,由波动方程描述为
‘“‘
———下,

式中,为位移;, 分别为时间和空间坐标;为波速, /,其中,,分别为弹性杆材料的弹
性模量和密度.
波动方程的解由个相向而行的顺波右行波和逆波左行波叠加而成,由于钎杆和钻头同
为钢质材料,
波还是逆波,它们在杆中传播过程中,遇到波阻变化时就将
发生透反射,根据透反射规律就可以得到所考察截面的各时
刻的顺