一种横向变阻抗消减冲击波强度的推送杆

1.本技术属于冲击波技术领域，具体涉及一种横向变阻抗消减冲击波强度的推送杆。


背景技术：

2.可控冲击波技术是一种新型水下冲击波产生方法，相比传统化学爆炸与电力学爆炸具有效率高、冲击强度可控、工作次数可控等优点，在煤层瓦斯治理、油田解堵、页岩气开采、矿山开采等方面具有良好的应用前景。可控冲击波产生装置工作次数实现的关键在于推送机构能够稳定重复地推送含能棒负载，因此推送杆的可靠性直接影响了可控冲击波产生装置的稳定性与工作效率。
3.推送机构的换向器使推送杆动作，推送杆将负载推送至能量转换器中产生冲击波，产生的冲击波会使推送杆受到强烈的冲击波作用而导致其损伤，并造成驱动电机的损伤。因此推送杆的抗冲击强度决定了可控冲击波产生装置单次输出冲击波的幅值上限、以及推送杆和驱动电机的使用寿命。强烈的冲击波使推送杆工作数次就会报废，需要换新，因此现有的推送杆不能满足当前可控冲击波产生装置的使用需求。


技术实现要素：

4.本技术实施例通过提供一种横向变阻抗消减冲击波强度的推送杆，解决了现有技术中由于推送杆强度较低，而导致推送杆易报废、以及损伤驱动电机的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种横向变阻抗消减冲击波强度的推送杆，包括从前至后依次连接的上推杆、下推杆、以及丝杠；
6.所述上推杆的前端面为用于推送负载的抵接面；
7.所述上推杆的侧壁设置有槽体，所述槽体的延伸方向与所述上推杆的轴线平行；
8.所述下推杆的前段设置有冲击波卸载段，所述冲击波卸载段内设置有空腔，所述空腔内滑动安装有缓冲杆，所述缓冲杆的后端与所述空腔的底部之间设置有吸能弹簧；
9.所述下推杆和所述丝杠通过联轴器连接；
10.所述丝杠的后端连接于电机的输出轴。在一种可能的实现方式中，所述槽体的数量为多个，多个所述槽体均布于所述上推杆的周向。
11.在一种可能的实现方式中，所述槽体的数量为十个，所述槽体的截面积为所述上推杆的截面积的三分之一。
12.在一种可能的实现方式中，所述槽体的前端贯穿所述上推杆的前端，所述槽体的后端与所述上推杆的侧壁平滑过渡，所述槽体的槽口宽度大于其槽底的宽度。
13.在一种可能的实现方式中，所述缓冲杆的波阻抗大于所述下推杆的波阻抗。
14.在一种可能的实现方式中，所述冲击波卸载段的数量为多个，多个所述冲击波卸载段首尾相接。
15.在一种可能的实现方式中，所述冲击波卸载段包括端部连接头、护筒、以及设置于
所述护筒内的所述缓冲杆和所述吸能弹簧；所述端部连接头螺纹连接于所述护筒的两端，所述端部连接头和所述护筒之间设置有密封圈；
16.所述吸能弹簧的一端连接于所述护筒后端的端部连接头上，所述吸能弹簧的另一端与所述缓冲杆的端部抵接。
17.在一种可能的实现方式中，所述缓冲杆的材料采用钨，所述下推杆的材料采用42crmo。
18.在一种可能的实现方式中，所述上推杆和所述下推杆通过螺纹连接；所述上推杆、所述下推杆、所述端部连接头和所述护筒的靠近螺纹连接端的侧壁设置有卡接段。
19.在一种可能的实现方式中，所述下推杆的后段为变径段，所述变径段的直径小于所述下推杆前段的直径。
20.本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
21.本实用新型实施例提供了一种横向变阻抗消减冲击波强度的推送杆，该推送杆工作时，冲击波作用于推送杆的上推杆，一部分冲击波沿着上推杆向下推杆的方向加载，另一部分冲击波沿着上推杆外壁的槽体内的水向下推杆的方向加载，冲击波通过槽体中的水加载到后推送杆的时间要比冲击波直接从上推杆加载到下推杆的时间慢，从而可以将一部分的冲击能量延缓加载。冲击波加载到下推杆的冲击波卸载段时，一部分冲击波加载至冲击波卸载段内的缓冲杆，加载至缓冲杆的冲击波转换为缓冲杆的动能，使得缓冲杆向后移动并使其后方的吸能弹簧压缩，同时另一部分冲击波继续向后加载；一段时间后，吸能弹簧复位，缓冲杆移动至初始位置。在这过程中，冲击波转换为缓冲杆的动能，从而吸收了冲击波的能量，从空间上直接降低了下推杆上的应力波峰值。本实用新型的推送杆能够将部分冲击波延缓加载，部分冲击波吸收为缓冲杆的动能，因此本实用新型的推送杆能够承受幅值较高的冲击波，从而延长了推送杆的使用寿命，进而能够满足当前可控冲击波产生装置的使用需求。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例提供的横向变阻抗消减冲击波强度的推送杆的结构示意图。
24.图2为本实用新型实施例提供的上推杆的结构示意图。
25.图3为本实用新型实施例提供的冲击波卸载段的内部结构示意图。
26.图4为本实用新型实施例提供的缓冲杆和吸能弹簧连接结构示意图。
27.图5为本实用新型实施例提供的上推杆端面加载的冲击波仿真时的状态示意图。
28.图6为图5中压力测点的压力时间曲线图。
29.图7为本实用新型实施例提供的推送杆面加载的冲击波仿真时的状态示意图。
30.图8为图7中压力测点的压力时间曲线图。
31.附图标记：1-上推杆；11-槽体；2-下推杆；21-冲击波卸载段；22-缓冲杆； 23-吸能弹簧；24-端部连接头；25-护筒；3-丝杠；4-联轴器；5-卡接段。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
34.如图1至图8所示，本实用新型实施例提供的横向变阻抗消减冲击波强度的推送杆，包括从前至后依次连接的上推杆1、下推杆2、以及丝杠3。
35.上推杆1的前端面为用于推送负载的抵接面。
36.上推杆1的侧壁设置有槽体11，槽体11的延伸方向与上推杆1的轴线平行。
37.下推杆2的前段设置有冲击波卸载段21，冲击波卸载段21内设置有空腔，空腔内滑动安装有缓冲杆22，缓冲杆22的后端与空腔的底部之间设置有吸能弹簧 23。
38.下推杆2和丝杠3通过联轴器4连接。
39.丝杠3的后端连接于电机的输出轴。
40.需要说明的是，上推杆1的前端面的周向设置有倒圆角结构，上推杆1前端面的倒圆角结构，便于推送杆的前后移动。电机驱动丝杠3前后移动，从而实现负载的推送。
41.推送杆工作时，水充满冲击波产生装置的能量转换器并流入推送杆的运动空间内。实施冲击波作业时，部分冲击波作用于推送杆。冲击波作用于推送杆的上推杆1时，一部分冲击波沿着上推杆1向下推杆2的方向加载，另一部分冲击波沿着上推杆1外壁的槽体11内的水向下推杆2的方向加载，冲击波在水中的传播速度约为1500m/s，冲击波在金属中传播的速度约5000m/s，本实施例中的上推杆1的长度为200mm左右，进而使得冲击波通过槽体11中的水加载到下推杆的时间要比冲击波直接从上推杆加载到下推杆的时间慢约90us，从而可以将一部分的冲击能量延缓加载，进而提高了推送杆的抗冲击强度、以及推送杆的使用寿命。
42.冲击波加载到下推杆2的冲击波卸载段21时，一部分冲击波加载至冲击波卸载段21内的缓冲杆22，加载至缓冲杆22的冲击波转换为缓冲杆22的动能，使得缓冲杆22向后移动并使其后方的吸能弹簧23压缩，同时另一部分冲击波继续向后加载。一段时间后，吸能弹簧23复位，缓冲杆22移动至初始位置。在这过程中，冲击波转换为缓冲杆22的动能，从而吸
收了冲击波的能量，从空间上直接降低了下推杆2上的应力波峰值。
43.本实用新型的推送杆能够将部分冲击波延缓加载，部分冲击波吸收为缓冲杆22的动能，因此本实用新型的推送杆能够承受幅值较高的冲击波，并延长了推送杆的使用寿命，并保护了电机，进而满足了当前可控冲击波产生装置的使用需求。
44.本实施例中，槽体11的数量为多个，多个槽体11均布于上推杆1的周向。
45.本实施例中，槽体11的数量为十个，槽体11的截面积为上推杆1的截面积的三分之一。
46.本实施例中，槽体11的前端贯穿上推杆1的前端，槽体11的后端与上推杆1 的侧壁平滑过渡，槽体11的槽口宽度大于其槽底的宽度。
47.需要说明的是，槽体11的分布方式和结构形式能够保证上推杆1具有足够的结构强度，同时具有较好的冲击能量延缓加载的能力。
48.本实用新型的上推杆1的截面积为未开槽的上推杆1的截面积的四分之三，因此设置槽体11的上推杆1可以将未开槽的上推杆1的四分之一的冲击波延缓90us加载，进而从时间上分散冲击波对下推杆2压力，因此减小了下推杆2的冲击强度。
49.如5所示，将上推杆1在水域环境下进行爆炸仿真，并通过ansys autodyn 软件进行了冲击动力学仿真，仿真结果如图6所示。
50.在上推杆1前部10mm处设置10g球状tnt在水中爆炸，在距迎爆面300mm处测试上推杆1传播的冲击波，同时设置了上推杆不开槽的对照组，在测点所测压力时间曲线如图6所示，从中可以看出当上推杆1开槽后，测点处的应力波峰值压力下降了0.34mpa，降低了4.25％。
51.本实施例中，缓冲杆22的波阻抗大于下推杆2的波阻抗。
52.需要说明的是，缓冲杆22的波阻抗尽可能大于下推杆2的波阻抗时，缓冲杆 22吸收冲击波的效果会更好，进而有利于降低下推杆2上的应力波峰值。
53.本实施例中，冲击波卸载段21的数量为多个，多个冲击波卸载段21首尾相接。多个冲击波卸载段21效果会更好。
54.本实施例中，冲击波卸载段21包括端部连接头24、护筒25、以及设置于护筒25内的缓冲杆22和吸能弹簧23。端部连接头24螺纹连接于护筒25的两端，端部连接头24和护筒25之间设置有密封圈。
55.吸能弹簧23的一端连接于护筒25后端的端部连接头24上，吸能弹簧23的另一端与缓冲杆22的端部抵接。
56.需要说明的是，两个冲击波卸载段21共用一个端部连接头24，共用的端部连接头24两端均设置有与护筒25配合的螺纹段。端部连接头24和护筒25之间的密封圈能够防止水进入护筒25内部。该设置便于缓冲杆22和吸能弹簧23的维护和换新。
57.本实施例中，缓冲杆22的材料采用钨，下推杆2的材料采用42crmo。
58.如图7所示，将本实用新型的推送杆在水域环境下进行爆炸仿真，并通过 ansys autodyn软件进行了冲击动力学仿真，仿真结果如图8所示。
59.下推杆2加装了三个冲击波卸载段21，其结构如图7所示，在上推杆迎爆面 10mm处引爆10g球型tnt炸药，在距离迎爆面630mm处放置了一个压力测点测量推送杆内部的冲击波压力时间曲线，其所测波形如图8所示。从图中可以看出在加装了缓冲杆22之后，测点处
的应力波峰值压力由4.69mpa下降为2.42mpa，降低了48.4％，可以看出冲击波卸载段21吸收冲击波能量效果明显。
60.本实施例中，上推杆1和下推杆2通过螺纹连接。上推杆1、下推杆2、端部连接头24和护筒25的靠近螺纹连接端的侧壁设置有卡接段5。
61.需要说明的是，卡接段5可以是设置于上推杆1、下推杆2、端部连接头24和护筒25侧壁的槽，还可以是六方头结构。
62.本实施例中卡接段5为上推杆1、下推杆2、端部连接头24、护筒25侧壁上的平切面，平切面为设定平面切除上推杆1、下推杆2、端部连接头24和护筒25部分侧壁形成的结构，工作人员可通过两个平切面将上推杆1、下推杆2、传输杆和反射杆相对固定，从而便于施力扭转。
63.本实施例中，下推杆2的后段为变径段，变径段的直径小于下推杆2前段的直径。
64.需要说明的是，设置变径段能够减小推送杆整体的重量。
65.本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。