基于Workbench 的聲頻鉆機動力頭隔振特性分析

馬志鵬，王 瑜，吳 浩，2，孔令镕，孫允旺，劉寶林

（1.中國地質大學（北京），自然資源部深部地質鉆探技術重點實驗室，北京 100083；2.中煤地第二勘探局集團有限責任公司，北京 102488）

0 引言

聲頻振動鉆機鉆進過程無需泥漿，具有效率高、地層適應性好、無污染和成本低廉等優點［1-3］，目前廣泛應用于環境鉆探、水井建設、巖土工程勘察施工、物探爆破孔施工等領域［4-6］。但鉆機工作過程中的高頻振動會使動力頭外殼產生裂紋甚至完全破壞，造成設備損失和人身傷害［7-8］。因此，良好的隔振特性是聲頻動力頭安全穩定工作的關鍵。

研究聲頻鉆機工作時動力頭振動特性的基礎是單自由度系統的振動傳遞研究，目前以荷蘭Sonic-SampDrill 公 司、Raymond. J Roussy 和 中 國 地 質 大學（北京）等所做的研究工作為代表［9-11］，主要集中在減振元件結構的設計上，而對于減振裝置在不同工況下的減振規律、影響減振材料性能的因素等方面，沒有系統性的探究和結論。本文在單自由度有阻尼受迫振動理論的基礎上探究了影響聲頻鉆機動力頭隔振特性的因素，并基于Workbench 軟件針對不同影響因素進行了動力頭振動特性仿真研究。

1 聲頻鉆機動力頭隔振模型

1.1 聲頻振動鉆進原理

聲頻振動鉆機采用雙偏心軸驅動，其鉆進原理如圖1 所示，兩相同偏心軸對稱布置，工作時在液壓馬達的驅動下，同時以w的角速度做高速反向旋轉，此時兩偏心系統產生的橫向力相互抵消，只有垂直方向的合力作用在振動體上，實現豎直鉆進。當激勵頻率接近鉆桿固有頻率時發生共振，鉆柱振動加劇，鉆頭周圍的土壤被液化，使得鉆進速度加快［1］。……