我國(guó)潛孔沖擊器的發(fā)展歷程

張維民

1 第一代潛孔沖擊器

1965年， 我國(guó)生產(chǎn)出了第一具潛孔沖擊器。它由后接頭、調(diào)整墊、閥座、閥片、閥蓋、活塞、外套管、前接頭與氣缸、橫銷、豎銷等零件組成。 外套管長(zhǎng)度為347 毫米、外徑為77 毫米?；钊睆?1 毫米、 長(zhǎng)度為 84.5 毫米。 裝配后總長(zhǎng) 446 毫米。

這種沖擊器采用板閥壓差式配氣、側(cè)排氣結(jié)構(gòu)。 后接頭與鉆桿連接螺紋為矩形螺紋。 后接頭與外套管連接為普通粗牙螺紋。它的氣缸與前接頭為一個(gè)零件。 氣缸外周銑有配氣槽，其外徑與外套管內(nèi)徑過盈配合烘裝后焊接在一起。前接頭與氣缸前端有釬尾孔，釬頭尾部裝入孔中，用扁銷把前接頭與氣缸和釬頭連接。扁銷既傳遞扭矩又吊掛釬頭。 活塞為實(shí)心式。 見圖1。

圖1

它的工作原理是：從鉆桿和后接頭進(jìn)到?jīng)_擊器里的壓縮空氣通過后接頭的軸向孔后分成兩路。一路沿后接頭徑向孔通過前接頭與氣缸外周銑的配氣槽直接到達(dá)孔底而形成吹渣回路。另一路通過后接頭的軸向孔進(jìn)入閥座的軸向孔反向中心孔后，通過閥座的徑向孔沿前接頭與氣缸外周的另一條配氣槽到達(dá)沖擊器的前室（把前接頭方向定為前室）。 這時(shí)前室由活塞、 前接頭與氣缸、鉆頭共同形成密閉空間，由于壓縮空氣的作用推動(dòng)活塞左移，做沖程準(zhǔn)備。 當(dāng)活塞移動(dòng)到把前接頭與氣缸的排氣孔堵住后，沖擊器后室在活塞左移作用下壓力逐漸升高。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到前接頭與氣缸的另一個(gè)排氣孔打開時(shí)，沖擊器前室壓力下降，在閥片兩側(cè)形成壓力差。 在壓力差的作用下，閥片左移，完成配氣換向。這時(shí)壓縮空氣通過閥座軸向孔直接進(jìn)入沖擊器后室而推動(dòng)活塞右移，從而形成沖擊力對(duì)釬頭做功，完成一個(gè)沖擊循環(huán)。

這種沖擊器的誕生，使我國(guó)的大孔徑（相對(duì)于當(dāng)時(shí)直徑40 以下孔徑）巖石鉆鑿產(chǎn)業(yè)步入了機(jī)械化開采的時(shí)代。 它使得巖石鉆鑿勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低， 生產(chǎn)效率顯著提高。 在我國(guó)具有劃時(shí)代的意義。 這是我國(guó)的第一代潛孔沖擊器。 圖1 所示是C80 型潛孔沖擊器，它的鉆孔直徑是80-90 毫米。隨后生產(chǎn)的潛孔沖擊器還有C100 型潛孔沖擊器，鉆孔直徑100-120 毫米。 C150 型潛孔沖擊器，鉆孔直徑150-170 毫米。 后兩種潛孔沖擊器與C80型潛孔沖擊器的結(jié)構(gòu)原理、零件組成相似。只是鉆孔直徑、零件大小不同。

隨著時(shí)間的增加，人們對(duì)巖石鉆鑿產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率提出了更高的要求。由于第一代潛孔沖擊器的排渣系統(tǒng)不能完全直接吹掃孔底，使得鉆孔時(shí)排渣不暢，重復(fù)鑿巖嚴(yán)重，因此嚴(yán)重阻礙生產(chǎn)率的提高。 因?yàn)榈谝淮鷿摽讻_擊器采用焊接結(jié)構(gòu)，而焊接結(jié)構(gòu)不耐沖擊，不耐震動(dòng)，因此它的壽命很短，浪費(fèi)了大量原材料，并且很難修復(fù)。第一代沖擊器沒有逆止閥，不能鉆水孔。 第一代沖擊器所配釬頭的合金塊與釬頭焊接結(jié)合， 強(qiáng)度低，不利于沖擊功的提高。于是人們?cè)O(shè)計(jì)了第二代潛孔沖擊器，從而淘汰了第一代潛孔沖擊器。 但是由于我國(guó)生產(chǎn)發(fā)展不平衡，第一代潛孔沖擊器一直到2004 年還有個(gè)別企業(yè)在使用。

2 第二代潛孔沖擊器

第二代潛孔沖擊器從1987 年開始生產(chǎn)。 典型代表是QCZ90 型潛孔沖擊器，見圖2。 它由后接頭、墊圈、膠圈、閥蓋、閥片、閥座、氣缸、外套管、活塞、導(dǎo)向套、前接頭、釬頭、頂頭、逆止閥、彈簧、導(dǎo)向管、膠堵、立銷、橫銷等零件組成。 QCZ90型潛孔沖擊器外套管總長(zhǎng)608 毫米、 外徑76 毫米，活塞直徑53 毫米、長(zhǎng)度240 毫米，裝配后總長(zhǎng)795 毫米，鉆孔直徑90-100 毫米。這種沖擊器采用板閥壓差式配氣、中心排氣結(jié)構(gòu)。 后接頭與鉆桿連接螺紋為矩形螺紋，與外套管連接也是矩形螺紋。 釬頭與前接頭是花鍵連接。 釬頭與沖擊器的連接是由橫銷、立銷、彈簧、膠堵共同完成的，屬于吊掛式結(jié)構(gòu)。

圖2

它的動(dòng)作原理是： 潛孔沖擊器開始工作時(shí)，壓縮空氣由后接頭經(jīng)逆止閥進(jìn)入閥蓋左端后分成兩路。一路是強(qiáng)吹氣氣路。壓縮空氣經(jīng)閥蓋、導(dǎo)向管、配氣管、活塞中心孔、以及釬頭的中心孔進(jìn)入孔底，直接吹掃孔底巖渣。 另一路是完成工作配氣回路。 從返回行程開始，閥片處于和閥座貼緊位置。釬頭縮回沖擊器內(nèi)部，尾部與活塞貼住，如圖2 所示位置。壓縮空氣經(jīng)過閥片左端進(jìn)入閥蓋的孔道后經(jīng)閥入閥座弧形槽進(jìn)入外套管與氣缸之間的環(huán)形槽到達(dá)活塞前腔， 推動(dòng)活塞左移。當(dāng)活塞移動(dòng)到與配氣座的配氣桿開始配合時(shí)，沖擊器后腔的排氣通道被關(guān)閉，后室處于密封壓縮狀態(tài)，活塞在慣性力作用下繼續(xù)左移，密封的空氣被壓縮，后室的壓力不斷升高。與此同時(shí)，活塞右端小端外圓與導(dǎo)向套內(nèi)孔脫離接觸。前室壓氣通過導(dǎo)向套內(nèi)孔、釬頭內(nèi)孔排出。前室壓力下降，導(dǎo)致閥片左端壓力下降。在閥片左右兩端形成壓力差。 閥片右端受到逐漸升高的背壓作用，迅速移向閥蓋一側(cè)， 關(guān)閉了沖擊器前室的進(jìn)氣氣路，準(zhǔn)備做沖程行程，配氣完成了活塞返程過程。 沖程開始時(shí)，活塞和閥片均處于左端位置，壓縮空氣經(jīng)閥蓋和閥片右端進(jìn)入閥座和氣缸后腔，推動(dòng)活塞向右移動(dòng)。此時(shí)活塞以很高的速度沖擊釬頭尾部，同時(shí)導(dǎo)向套被封閉，沖擊器前腔壓力開始上升。 這時(shí)活塞的后端離開配氣座的配氣桿，后腔壓氣經(jīng)過活塞和釬頭的中心孔排出。于是后腔壓力降低，工作行程完成。 活塞在沖擊釬頭尾部的瞬間， 閥片由于其前后的壓力差作用而換向，然后活塞開始返程動(dòng)作，完成了一個(gè)工作循環(huán)。

QCZ 系列沖擊器還有QCZ150 型沖擊器，鉆孔直徑 150 毫米，QCZ170 型沖擊器， 鉆孔直徑170 毫米。其結(jié)構(gòu)形式和組成原理與QCZ90 型沖擊器相同，這里不再重復(fù)介紹。

隨著時(shí)間的推移，QCZ90 型潛孔沖擊器在使用中出現(xiàn)了一些人們不滿意的問題。于是我國(guó)的工程技術(shù)人員對(duì)QCZ90 型沖擊器進(jìn)行了重要改進(jìn)：把矩形閥片改成圓形閥片，把前接頭的花鍵加大，以便承受更大的扭矩，把矩形螺紋加強(qiáng)等。改進(jìn)的沖擊器定名為CIR90 型潛孔沖擊器。它由后接頭、墊圈、膠圈、閥蓋、閥片、閥座、氣缸、外套管、活塞、導(dǎo)向套、前接頭、釬頭、頂頭、逆止閥、彈簧、導(dǎo)向管、膠堵、立銷、橫銷等零件組成，見圖3。 它的動(dòng)作原理和QCZ90 型潛孔沖擊器相同。

CIR90 型潛孔沖擊器外套管長(zhǎng)655 毫米、外徑80 毫米，活塞直徑60 毫米、長(zhǎng)度280 毫米，裝配后總長(zhǎng)795 毫米，鉆孔直徑90-130 毫米。在氣壓為0.63MPa 條件下耗氣量為8 立方米/分鐘，活塞單次沖擊功為132 焦耳，沖擊頻率1160 次/分鐘。

圖3

C 系列沖擊器、QCZ 系列沖擊器、CIR 系列沖擊器都是低氣壓系列沖擊器。它們的使用氣壓范圍為0.5-0.7 MPa。 其中CIR 系列沖擊器的設(shè)計(jì)最為完善，一直到現(xiàn)在還在使用，只不過各個(gè)廠家的制造工藝、名稱有所不同而已。

CIR 系列沖擊器還有下列一些規(guī)格：CIR65、CIR70、CIR80、CIR110、CIR150、CIR170 等。

CIR70 型潛孔沖擊器外套管長(zhǎng)647 毫米、外徑66 毫米，活塞長(zhǎng)280 毫米、外徑48 毫米，鉆孔直徑 70－80 毫米，裝配后總長(zhǎng) 802 毫米。 它由后接頭、彈簧、逆止閥、頂頭、外套管、活塞、導(dǎo)向套、前接頭、釬頭、圓鍵、立銷、膠堵、彈性堵等零件組成，見圖4。

CIR80 型潛孔沖擊器外套管長(zhǎng)655 毫米、外徑72 毫米，活塞長(zhǎng)280 毫米、外徑53 毫米，裝配后總長(zhǎng) 797 毫米，鉆孔直徑 80－90 毫米。 它由后接頭、墊圈、膠圈、閥蓋、閥片、閥座、氣缸、外套管、活塞、導(dǎo)向套、膠接頭、釬頭、頂頭、逆止閥、彈簧、導(dǎo)向管、膠堵、立銷、橫銷等零件組成，見圖5。

圖4 CIR70 潛孔沖擊器

圖5 CIR80 潛孔沖擊器

CIR110 型潛孔沖擊器外套管長(zhǎng)668 毫米、外徑98 毫米，活塞長(zhǎng)290 毫米、外徑75 毫米，裝配后總長(zhǎng)842 毫米。鉆孔直徑110-130 毫米。它由后接頭、頂頭、逆止閥、墊、膠圈、壓襯、彈簧、閥蓋、閥片、導(dǎo)向管、閥座、氣缸、活塞、外套管、導(dǎo)向套、釬頭、前接頭、鍵、立銷、膠堵等零件組成，見圖6。

CIR150 型潛孔沖擊器外套管長(zhǎng)734 毫米、外徑 136.5 毫米，活塞長(zhǎng) 300 毫米、外徑104 毫米，裝配后總長(zhǎng)906 毫米。 它由后接頭、頂頭、逆止閥、閥蓋、閥片、閥座、氣缸、外套管、活塞、導(dǎo)向套、前接頭、釬頭、彈簧、調(diào)整墊、膠圈、壓襯、導(dǎo)向管、圓鍵、膠堵、鍵銷等零件組成。 最佳鉆孔直徑150-170 毫米，見圖 7。

3 第三代潛孔沖擊器

第三代潛孔沖擊器屬于高氣壓潛孔沖擊器。它和低氣壓潛孔沖擊器比較有了質(zhì)的飛躍。它們屬于無閥式潛孔沖擊器，使用氣壓為2-2.5 MPa。高氣壓潛孔沖擊器最早是DHD 系列沖擊器，于1987 年由美國(guó)引進(jìn)。 典型代表為DHD360 型高氣壓潛孔沖擊器，見圖8。

圖6 CIR110 型潛孔沖擊器

圖7 CIR150 型潛孔沖擊器

DHD360 型高氣壓潛孔沖擊器由后接頭、密封圈、逆止閥、調(diào)氣塞、墊圈、碟簧、彈簧、配氣座、氣缸、活塞、外套管、導(dǎo)向套、卡簧、保持環(huán)、前接頭等零件組成。 它的外套管長(zhǎng)1121 毫米、外徑136毫米，活塞直徑108 毫米、長(zhǎng)446 毫米，裝配后總長(zhǎng)1385 毫米，最佳鉆孔直徑155-165 毫米之間范圍。 它的后端用API31/2REG 錐形螺紋與鉆桿連接。 前端通過前接頭和保持環(huán)與釬頭連接。

DHD360 型高氣壓潛孔沖擊器在工作中只有活塞在運(yùn)動(dòng)。因此和低氣壓沖擊器比較故障率有了極大的降低。 它的外套管左右對(duì)稱設(shè)計(jì)，方向可以互換。 在一端磨損較重，另一端磨損較輕時(shí)，可以拆開沖擊器，掉頭重新裝配，以達(dá)到延長(zhǎng)沖擊器使用壽命的目的。

圖8 DHD360 型高風(fēng)壓潛孔沖擊器

DHD360 型潛孔沖擊器的工作原理是：開始工作前如圖8 所示位置。高壓氣體通過后接頭的中心孔推開逆止閥以后分為兩路：一路通過調(diào)氣塞進(jìn)入配氣座中心孔，再沿氣缸內(nèi)孔、活塞內(nèi)孔、釬頭內(nèi)孔，再沿氣缸內(nèi)孔、活塞內(nèi)孔、釬頭內(nèi)孔、釬頭排氣孔到達(dá)鉆孔孔底，實(shí)現(xiàn)吹渣，使巖渣排出孔外。這只是高壓氣體中的一小部分；另一路，即高壓氣體的主要部分則通過配氣座的軸向孔、氣缸的進(jìn)氣孔進(jìn)入外套管與氣缸之間的間隙。為了通氣， 外套管內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)有通氣用的環(huán)形槽；氣缸外圓銑有通氣用扁，內(nèi)孔銑有偏心槽；活塞外圓銑有通氣用“U”型槽。 高壓氣體通過這些通氣道進(jìn)入前部由活塞、導(dǎo)向套、釬頭、外套管共同形成的回程氣室?；爻虤馐覂?nèi)的高壓氣體推動(dòng)活塞向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到活塞大端內(nèi)孔與釬頭上的釬尾管脫離時(shí)， 高壓氣體通過釬尾管內(nèi)孔、釬頭中心孔、釬頭排渣孔到達(dá)孔底。 它與從調(diào)氣塞過來的高壓氣體會(huì)合，共同完成吹渣、排渣。同時(shí)前室氣體壓力迅速下降。 而與此同時(shí)，由于活塞回程運(yùn)動(dòng)關(guān)閉了回程進(jìn)氣通道，活塞靠慣性力繼續(xù)回程運(yùn)動(dòng)，直到活塞的慣性力與活塞由進(jìn)氣壓力形成的沖程力平衡時(shí)， 活塞才停止返程運(yùn)動(dòng)，在沖程壓力作用下進(jìn)行沖程運(yùn)動(dòng)打擊釬頭而做功，完成破巖工作。 當(dāng)沖程運(yùn)動(dòng)到快要接近釬頭時(shí)，回程進(jìn)氣通道打開，開始了活塞的回程準(zhǔn)備工作。 如此往復(fù)，完成沖擊器的鉆進(jìn)工作。

如圖所示，當(dāng)活塞回程進(jìn)氣通道被活塞的返程運(yùn)動(dòng)關(guān)閉時(shí)， 當(dāng)高壓氣流通過后接頭的中心孔，推開逆止閥，再經(jīng)過配氣座的軸向孔、氣缸的徑向孔而進(jìn)入由外套管、活塞、氣缸共同封閉形成的沖程室。 由于高壓氣流的作用，在活塞大端直徑與小端直徑的差而行成的環(huán)形面積上產(chǎn)生一個(gè)力，這個(gè)力就是沖程力的一部分，這個(gè)力不大， 所以造成活塞返程時(shí)能夠靠慣性力來克服這一沖程力而運(yùn)動(dòng)一段距離。在活塞運(yùn)動(dòng)到活塞小端中心孔與配氣座右端端面封住時(shí)，這是活塞小端面、配氣座與氣缸內(nèi)孔共同形成了第二個(gè)沖程氣室。由于活塞的慣性使沖程氣室內(nèi)氣體受到壓縮，室內(nèi)壓力上升?；钊^續(xù)回程運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞小頭右端面超過氣缸內(nèi)孔偏心槽時(shí)， 高壓氣體通過活塞小頭細(xì)徑與氣缸內(nèi)徑， 氣缸偏心槽的間隙進(jìn)入第二個(gè)沖程氣室，這時(shí)沖程壓力才達(dá)到最大。它是由三部分組成的： 一是活塞大徑與小徑的差形成的環(huán)形面積； 二是活塞小端面積減去活塞內(nèi)孔面積得到的差；三是壓縮氣體的膨脹做功。

當(dāng)鉆機(jī)工作結(jié)束時(shí)， 孔底往往存有巖渣，泥水混合物等。 為使孔底清潔，或遇到巖口有大的裂縫時(shí)，需要強(qiáng)吹風(fēng)以便排渣。 即沖擊器停止工作，全部壓氣都用來吹渣、排渣。該型高氣壓潛孔沖擊器設(shè)計(jì)有強(qiáng)吹風(fēng)系統(tǒng)。它的原理是提起沖擊器，這時(shí)釬頭如圖示方向向右運(yùn)動(dòng)，活塞跟著釬頭向右運(yùn)動(dòng)，直到活塞小端移動(dòng)到使氣缸最右端的孔（既吹渣孔）露出。這時(shí)進(jìn)氣通過吹渣孔進(jìn)入活塞中心孔，再沿著中心孔進(jìn)入釬頭中心孔最后到達(dá)鉆孔孔底。同時(shí)沖擊器的循環(huán)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通道被封閉，停止沖擊工作，所有高壓氣體都用于吹渣、排渣。若要恢復(fù)沖擊工作，只要操縱鉆機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)，使釬頭向左運(yùn)動(dòng)，頂住巖石，達(dá)到圖示位置，就能繼續(xù)沖擊破巖工作了。

第三代高氣壓潛孔沖擊器還有DHD3.5、DHD340A、DHD350、DHD380 等系列規(guī)格產(chǎn)品。

DHD3.5 型高氣壓潛孔沖擊器（見圖9）由后接頭、密封圈、彈簧、逆止閥、調(diào)整墊、碟簧、卡環(huán)、配氣桿、氣缸、活塞、外套管、導(dǎo)向套、保持環(huán)、前接頭等零件組成。外套管長(zhǎng)716 毫米、外徑82 毫米，活塞長(zhǎng)337 毫米、外徑64 毫米，裝配后總長(zhǎng)907 毫米， 后接頭與鉆桿連接螺紋為API2 3/8 REG 錐形螺紋。 最佳鉆孔直徑范圍95-115 毫米。

DHD340A 型高氣壓潛孔沖擊器 （見圖10）由后接頭與氣缸、密封圈、套座、調(diào)氣塞、彈簧、逆止閥、配氣桿、外套管、活塞、卡簧、保持環(huán)、前接頭、調(diào)整墊等零件組成。它的外套管長(zhǎng)789 毫米、外徑92 毫米，活塞長(zhǎng)405 毫米、外徑75 毫米，裝配后總長(zhǎng)1050 毫米， 后接頭與鉆桿用API2 3/8REG 內(nèi)錐螺紋連接，最佳鉆孔直徑105-115 毫米。

DHD350 型高氣壓潛孔沖擊器 （見圖11）由后接、、密封圈、膠墊、墊圈、襯套、逆止閥、彈簧、配氣座、氣缸、外套管、活塞、保持環(huán)、前接頭等零件組成，外套管長(zhǎng)941 毫米、外徑122 毫米，活塞長(zhǎng)389 毫米、外徑98 毫米，裝配后總長(zhǎng)1254 毫米，最佳鉆孔直徑140-160 毫米，后接頭與鉆桿連接螺紋為API2 3/8 REG 錐形螺紋。

圖11 DHD350 型高風(fēng)壓潛孔沖擊器

DHD380 型高氣壓潛孔沖擊器 （見圖12）由后接頭、密封圈、調(diào)整墊、碟簧、套、調(diào)氣塞、逆止閥、彈簧、配氣座、氣缸、定位環(huán)、活塞、外套管、膠墊、保持環(huán)、前接頭等零件組成。 它的外套管長(zhǎng)1202 毫米、外徑 181 毫米，活塞長(zhǎng) 410 毫米、外徑148 毫米，裝配后總長(zhǎng)1554 毫米，后接頭與鉆桿連接螺紋為API4 1/2REG 錐形螺紋。它的最佳鉆孔直徑200-250 毫米。

在高氣壓潛孔沖擊器和低氣壓潛孔沖擊器之間還有一種中氣壓潛孔沖擊器， 使用氣壓為1.05-1.75MPa。 其結(jié)構(gòu)原理以高氣壓為主，屬于無閥式?jīng)_擊器。它的釬頭與沖擊器連接為花鍵連接，雖然是成熟產(chǎn)品，但是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用較少。其典型代表為 DH4、DH6、CWG110W 等。

圖12 DHD380 型高壓潛孔沖擊器

圖13 CWG110W 型高壓潛孔沖擊器

CWG110W 中氣壓潛孔沖擊器（見圖13）由后接頭、逆止閥、墊圈、膠墊、彈簧、配氣座、氣缸、外套管、活塞、導(dǎo)向套、前接頭、橫銷、立銷、膠堵等零件組成。 其外套管長(zhǎng)742 毫米、 外徑98 毫米，活塞長(zhǎng)382 毫米、外徑81 毫米，裝配后總長(zhǎng)912 毫米，后接頭與鉆桿連接為API2 3/8 REG 內(nèi)錐螺紋連接，最佳鉆孔直徑為110-130 毫米。

4 第四代潛孔沖擊器

第四代潛孔沖擊器通常叫做快沖式高氣壓潛孔沖擊器，是2004 年以后由我國(guó)工程技術(shù)人員自主開發(fā)研制成功的新一代高氣壓潛孔沖擊器。 它具有下列特點(diǎn)：把DHD 系列沖擊器對(duì)稱設(shè)計(jì)改為不對(duì)稱設(shè)計(jì)， 從而使沖擊器總長(zhǎng)減少、 外套管縮短； 通過改變活塞形狀與結(jié)構(gòu)形式的方法使沖擊器所配釬頭不用釬尾管；比DHD 系列沖擊器零件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便；比DHD 系列沖擊器沖擊頻率高、 能量損耗低、 省氣省油。 其典型代表為HD45 型高氣壓潛孔沖擊器，見圖14。

HD45 型高氣壓潛孔沖擊器由后接頭、 密封圈、逆止閥、彈簧、配氣座、氣缸、外套管、活塞、導(dǎo)向套、保持環(huán)、前接頭等零件組成。 其外套管長(zhǎng)744 毫米、外徑 98 毫米，活塞長(zhǎng) 359 毫米、外徑80 毫米，裝配后總長(zhǎng)987 毫米，后接頭與鉆桿連接螺紋為API2 3/8 REG 錐形螺紋。 最佳鉆孔直徑為110-135 毫米。

圖14 HD45 型高氣壓潛孔沖擊器

HD45 型高氣壓潛孔沖擊器的動(dòng)作原理是：開始工作前如圖14 所示位置。 高壓氣體經(jīng)過后接頭的中心孔推開逆止閥再經(jīng)過配氣座的軸向孔、氣缸的進(jìn)氣孔后進(jìn)入外套管與氣缸之間的間隙。 為了通氣，外套管內(nèi)側(cè)和氣缸內(nèi)外圓設(shè)計(jì)有通氣用的環(huán)形槽， 活塞外圓銑有通氣用 “U”型槽。 高壓氣體通過這些通氣道進(jìn)入前部由活塞、導(dǎo)向套外套管共同形成的回程氣室?；爻虤馐覂?nèi)的高壓氣體推動(dòng)活塞向后運(yùn)動(dòng)（我們把后接頭方向定為后，前接頭方向定為前）。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到前端外圓與導(dǎo)向套內(nèi)孔脫離時(shí)，高壓氣體通過釬頭中心孔、釬頭排氣孔到達(dá)孔底，完成吹渣、排渣目的。同時(shí)氣體壓力迅速下降。而與此同時(shí)，由于活塞回程運(yùn)動(dòng)關(guān)閉了回程進(jìn)氣通道，活塞靠慣性力繼續(xù)回程運(yùn)動(dòng)，直到活塞的慣性力與活塞由進(jìn)氣壓力形成的沖程力平衡時(shí)， 活塞才停止返程運(yùn)動(dòng)。在沖程壓力作用下進(jìn)行沖程運(yùn)動(dòng)打擊釬頭做功，完成破巖工作。 當(dāng)沖程運(yùn)動(dòng)到快要接近釬頭時(shí)，回程進(jìn)氣通道打開，開始了活塞的回程準(zhǔn)備工作。如此往復(fù)，完成沖擊器的鉆進(jìn)工作。由鉆機(jī)的推進(jìn)裝置提供推力，使釬頭與巖石孔底始終接觸。

如圖所示，當(dāng)活塞回程進(jìn)氣通道被活塞的返程運(yùn)動(dòng)關(guān)閉時(shí)， 高壓氣流通過后接頭的中心孔，推開逆止閥，再經(jīng)過配氣座的軸向孔、氣缸的徑向孔而進(jìn)入由外套管、活塞、氣缸共同封閉形成的沖程氣室。 由于高壓氣流的作用，在活塞大端直徑與后部小端直徑的差而形成的環(huán)形面積上產(chǎn)生一個(gè)力。 這個(gè)力就是沖程的一部分。 這個(gè)力不大，所以造成活塞返程時(shí)能夠靠慣性力來克服這一沖程力而運(yùn)動(dòng)一段距離。在活塞運(yùn)動(dòng)到活塞后部小端中心孔與配氣座右端端面封住時(shí)，這時(shí)活塞小端面、配氣座與氣缸內(nèi)孔共同形成了第二個(gè)沖程氣室。由于活塞的慣性使這個(gè)沖程氣室內(nèi)氣體受到壓縮，室內(nèi)壓力上升。 活塞繼續(xù)回程運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)活塞后部小端“U”型槽超過氣缸內(nèi)孔配氣環(huán)形槽時(shí)，高壓氣體通過活塞后部小端“U”形槽與氣缸內(nèi)孔配氣環(huán)形槽而進(jìn)入第二個(gè)沖程氣室，這時(shí)沖程力才達(dá)到最大。這個(gè)沖程力由三部分組成：一是活塞大徑與后端小徑的差而形成的環(huán)型面積；二是活塞后部小端端面面積減去活塞內(nèi)孔面積所得到的差；三是壓縮氣體的膨脹做功。

該類型高氣壓潛孔沖擊器還設(shè)計(jì)有強(qiáng)排渣系統(tǒng)。 它的原理是：提起沖擊器，這時(shí)釬頭如圖14 所示方向向右運(yùn)動(dòng)，活塞跟著釬頭向右運(yùn)動(dòng)，直到活塞后端小頭端面移動(dòng)到使氣缸最右端的孔（即吹渣孔）露出。這時(shí)進(jìn)氣通過吹渣孔進(jìn)入活塞中心孔，再沿著中心孔進(jìn)入釬頭中心孔和排氣孔而到達(dá)孔底。同時(shí)沖擊器的循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)通道被封閉，停止沖擊工作。 所有高壓氣體都用于吹渣、排渣，使鉆孔孔底清潔。 若要恢復(fù)沖擊工作，只要操作鉆機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)，使釬頭向后運(yùn)動(dòng)，頂住巖石，達(dá)到圖14 所示位置，就能繼續(xù)沖擊破巖。

圖15 所示為HD55 型高氣壓潛孔沖擊器。

HD55 型高氣壓潛孔沖擊器由后接頭、 密封圈、逆止閥、彈簧、配氣座、氣缸、活塞、外套管、導(dǎo)向套、保持環(huán)、前接頭等零件組成。它的外套管外徑125 毫米、長(zhǎng)831 毫米，活塞直徑104 毫米、長(zhǎng)383 毫米，裝配后總長(zhǎng)1095 毫米，后接頭與鉆桿連接螺紋為API2 3/8 REG 錐形螺紋， 鉆孔范圍135-155 毫米，重 69 kg。

圖16 所示為HD85 型高氣壓潛孔沖擊器。

圖15 HD55 型高氣壓潛孔沖擊器

HD85 型高氣壓潛孔沖擊器由后接頭、密封圈、逆止閥、彈簧、配氣座、氣缸、活塞、外套管、導(dǎo)向套、保持環(huán)、前接頭等零件組成。它的外套管長(zhǎng)1010 毫米、外徑 180 毫米，活塞長(zhǎng) 470 毫米、外徑 148 毫米， 裝配后總長(zhǎng) 1359 毫米， 總重175kg， 后接頭與鉆桿連接螺紋為API 4 1/2 REG錐形螺紋，最佳鉆孔直徑195-254 毫米。

圖16 HD85 型高氣壓潛孔沖擊器

HD35 型高氣壓潛孔沖擊器由后接頭、 密封圈、逆止閥、彈簧、配氣座、氣缸、活塞、外套管、導(dǎo)向套、保持環(huán)、前接頭等零件組成。它的外套管長(zhǎng)698 毫米、外徑 82 毫米，活塞長(zhǎng) 344.5 毫米、外徑65 毫米，裝配后總長(zhǎng) 888 毫米，總重量 25 kg。 后接頭與鉆桿連接螺紋為API 23/8 REG 錐形螺紋，最佳鉆孔直徑90-115 毫米。

HD 系列高氣壓潛孔沖擊器還有 HD25、HD65、HD75、HD95 等規(guī)格型號(hào)， 其結(jié)構(gòu)原理與HD45 相似，這里不再一一介紹。

5 潛孔沖擊器的發(fā)展

潛孔沖擊器按配氣裝置的型式分成有閥式配氣沖擊器和無閥式配氣沖擊器。按活塞的多少分成單活塞沖擊器和多活塞沖擊器。按使用氣壓高低分成高氣壓沖擊器、中氣壓沖擊器和低氣壓沖擊器。但是不論怎樣分，都是圍繞一個(gè)目的，即以最小的能量消耗達(dá)到最大的鉆進(jìn)效率。我國(guó)的工程技術(shù)人員為這一目的做了大量的研究工作，產(chǎn)生了大量不同規(guī)格型號(hào)、不同用途、不同特點(diǎn)的沖擊器。

圖17 HD35 型高風(fēng)壓潛孔沖擊器

（1）慣通式反循環(huán)沖擊器：它配用雙壁鉆桿進(jìn)行反循環(huán)連續(xù)取芯鉆進(jìn)，用于礦物勘探、工程地質(zhì)勘察等領(lǐng)域。它有效解決了砂卵礫石類復(fù)雜地層鉆進(jìn)難、取芯難、護(hù)壁難、成本高、周期長(zhǎng)等難題。這種鉆進(jìn)方法用于水文、水井鉆鑿，可以從根本上解決排渣、取芯、孔口污染及巖渣堵塞含水層，影響出水量等難題。

（2）跟管鉆進(jìn)沖擊器：在沖擊器沖擊鉆進(jìn)的同時(shí)護(hù)壁管同時(shí)跟進(jìn)。 它解決了在松軟地層、土夾石地層或其它復(fù)雜易塌孔地層的鉆進(jìn)難題。跟管鉆進(jìn)沖擊器又分為對(duì)心擴(kuò)孔跟管鉆進(jìn)和偏心擴(kuò)孔跟管鉆進(jìn)兩種不同形式。按氣壓高低又分為高氣壓跟管鉆進(jìn)和低氣壓跟管鉆進(jìn)兩種不同形式，見圖16。

CXD90B 對(duì)心擴(kuò)孔鉆具有導(dǎo)向釬頭、擴(kuò)孔釬頭、吊環(huán)、套管鞋、調(diào)整套管、沖擊器、過渡接頭、套管、內(nèi)鉆桿等零件組成。 它的鉆孔直徑為113毫米，總長(zhǎng)度2467 毫米。

圖18 CXD90B 對(duì)心擴(kuò)孔鉆具

（3）組合式?jīng)_擊器，組合式?jīng)_擊器由幾具沖擊器捆綁組合而成， 最大鉆孔直徑可達(dá)到1524毫米。

（4）返打沖擊器，在錨固行業(yè)里，錨固管多數(shù)情況下都要拔出。返打沖擊器利用沖擊器的沖擊力震動(dòng)錨固管，在震動(dòng)的同時(shí)拔管。 這種裝置也叫震動(dòng)拔管器。 它比靜態(tài)拔管省力，大大降低了拔管成本。

第一代沖擊器是焊接結(jié)構(gòu)，第二代沖擊器改為組裝結(jié)構(gòu)，是有閥結(jié)構(gòu)沖擊器，第三代改為無閥結(jié)構(gòu)沖擊器。 各代沖擊器之間又有繼承，例如第四代沖擊器所配的釬頭與第三代沖擊器所配的釬頭就有互換性。只不過第四代沖擊器所配釬頭去掉了第三代沖擊器所配釬頭的釬尾管罷了。

據(jù)我所知，我國(guó)企業(yè)已經(jīng)生產(chǎn)出了自回轉(zhuǎn)沖擊器、液壓沖擊器、高氣壓有閥沖擊器等各種不同形式的沖擊器，但是都還沒有占領(lǐng)潛孔沖擊器的主流市場(chǎng)。我相信不久的將來會(huì)有新一代的沖擊器出現(xiàn)。

因本人學(xué)識(shí)有限，不當(dāng)之處在所難免，請(qǐng)同行批評(píng)、指正。

[1]張維民.高氣壓潛孔沖擊器結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)[J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具，2009（1）.