冲击钻机是一种采用连杆机构或卷扬机带动钢丝绳提升冲击钻具,利用冲击钻具下落的动能产生冲击作用,破碎岩土实现钻进的工程钻机。由于冲击钻机具有结构简单、成本低、操作简便等优点,目前在国内仍然广泛应用于水利、铁道、公路桥梁等工程领域。虽然冲击钻机应用广泛,但是大多数是根据经验或者简化公式进行研究设计,没有考虑系统的刚度(柔性)对系统动力学特性的影响,对系统的模态频率与构件参数之间的关系等动力特性没有充分认识,钻机在使用过程中,依然存在缓冲弹簧的寿命比起按照曲柄冲击次数估计的寿命短得多、噪音比较大等问题。鉴于目前对冲击机构系统动力学特性缺乏全面认识,为了完善冲击钻机的研究设计理论,本文以GCD-1500钻机为研究对象,建立冲击机构刚柔耦合系统动力学模型,重点研究了系统的模态识别,初步分析了系统的动力学过程,主要进行的研究工作如下:第一,以冲击机构运动学为基础,建立了冲击机构特定位置多自由度系统相对运动的微分方程,用数值方法求解了系统的模态频率。第二,在冲击机构多刚体系统模型基础上,结合在ADAMS中利用宏命令开发生成的钢丝绳柔性体模型和由ANSYS集成的弹簧柔性体文件,并考虑钻具边界条件和运动驱动条件,建立了冲击机构刚柔耦合系统动力学模型。第三,在不同约束条件下,利用脉冲激励仿真方法研究了弹簧、钢丝绳与钻具组成的系统相对运动模态振动,识别了模态频率,与数值方法的结果一致,创新性地建立了系统模态频率与构件参数之间的关系,为系统振动控制提供依据。第四,通过柔性体弹簧的应力和应变分析,揭示了弹簧应力循环周期不同于冲击周期,为下一步进行弹簧疲劳寿命分析奠定了基础。通过上述工作研究了冲击机构系统的动力学特性,建立了系统模态频率与构件参数、性能参数之间的联系,完善了冲击钻机研究设计理论,为下一步进行冲击机构系统的优化设计做了基本贡献。