NUMERICAL STUDY OF THE STRESS-STRAIN STATE OF THE PP-63 PNEUMATIC ROCK DRILL PISTON-STRIKER UNDER IMPACT LOADING

Improving the reliability and energy transfer efficiency of pneumatic perforators is currently one of the most urgent and important problems in the mining industry.This scientific article investigates the complex dynamics of the impact process, as well as the stress-strain state during the interaction of the ПП-63 perforator striker, drill rod, and hard rock.Therefore, the primary objective of this research is to evaluate the stress concentration zones in the standard striker and scientifically justify the transition to a structurally optimized geometric profile capable of generating maximum energy pulses to enhance drilling productivity.The primary research work was performed using the method of numerical modeling in the modern ANSYS Explicit Dynamics software suite.During the work, the nature of the temporal and spatial distribution of the shock wave was deeply analyzed, and the phases of energy exchange were determined.The obtained results clearly showed that the maximum foci of equivalent elastic strain in the striker body are concentrated not on the impact surface itself, but in zones of abrupt change in geometric shape, namely in cylindrical stepped transitions.These dangerous zones strongly accumulate high-frequency cyclic stresses as a result of the interference of reflected waves, which over time can directly lead to fatigue failure of the detail.Conducted dynamic analyses scientifically and fully substantiate the need for targeted geometric optimization of the striker profile, namely the transition to a semi-catenoid shape, to reduce the amplitude of oscillations and ensure the smooth passage of the shock wave within the entire system. АннотацияПовышение надежности и эффективности передачи энергии пневматических перфораторов является сегодня одной из наиболее актуальных и важных задач горной промышленности.В данной научной статье детально исследуется сложная динамика ударного процесса, а также № 7 (148) июль, 2026 г. 34 напряженно-деформированное состояние при взаимодействии поршня-ударника перфоратора ПП-63, буровой штанги и твердой горной породы.В связи с этим, основная цель данного исследования заключается в оценке зон концентрации напряжений в стандартном поршне-ударнике и научном обосновании перехода на конструктивно оптимизированный геометрический профиль, способный генерировать максимальные импульсы энергии для повышения производительности бурения.Основное исследование выполнено с использованием метода численного моделирования в современном программном комплексе ANSYS Explicit Dynamics.Был глубоко проанализирован характер временного и пространственного распределения ударной волны, определены фазы энергообмена.Полученные результаты наглядно показали, что максимальные очаги эквивалентной упругой деформации в теле ударника концентрируются не на самой ударной поверхности, а в зонах резкого изменения геометрической формы, то есть в цилиндрических ступенчатых переходах.Эти опасные зоны сильно аккумулируют высокочастотные циклические напряжения в результате интерференции отраженных волн, что со временем может напрямую привести к усталостному разрушению детали.Проведенные динамические анализы научно и полностью обосновывают необходимость целенаправленной геометрической оптимизации профиля ударника, а именно перехода на полукатеноидную форму, для снижения амплитуды колебаний и обеспечения исключительно плавного прохождения ударной волны внутри всей системы.

Hali tarjima qilinmagan