由于气体钻井技术在矿山开采、油田及天然气硬岩开孔有着常规钻井液不可比拟的优势,以高压气体为介质的潜孔冲击器凿岩技术是针对硬地层、中硬地层极为有用的破岩采矿举措之一。气动潜孔冲击能够大幅度提高钻进效率,保证工程质量,降低施工成本,具有显著的技术经济效益而被视为现代钻探采矿技术的核心装备与衡量钻探采矿技术的标志之一,国内外相关行业给予了极大的重视。目前从国内外凿岩采矿工具行业发展趋势来看,高效、节能、绿色型装备为将来发展主动脉。而中心杆配气式潜孔冲击器不仅符合发展主旋律,又能适应中国各种工程施工领域,是今后国内外岩土钻凿行业主要研发的对象之一。中心杆配气式潜孔冲击器具有结构简单且钻进速率高、噪声发生在炮孔底部、适应于各种硬度岩石和复杂岩层、钻孔直径范围广等一系列优点。本文首先分析了中心杆配气式潜孔冲击器的机械结构及内部原理,介绍了潜孔冲击器钻进特点、应用领域、发展背景及趋势,通过三维建模对中心杆配气式潜孔冲击器进行了结构设计。然后,通过对中心杆配气式潜孔冲击器配气过程和运动机理的分析,运用固体运动学、动力学、气体动力学等相关理论,基于气体状态方程与能量方程、气体能量平衡微分方程等,以活塞为研究对象,考虑其工况下的运动形式,建立了潜孔冲击器的动力学模型。最后,在活塞动力学模型基础上,开发了潜孔冲击器动力学仿真系统。软件可根据潜孔冲击器结构,输入或改变相应参数,借助计算机软件计算,可输出潜孔冲击器在一定工作参数下的性能参数结果,包括活塞实际行程、冲击功、冲击频率、耗气量、冲击功率等参数。并且能对潜孔冲击器的运动过程进行动力学仿真计算,可直接输出前后气室压力与时间及位移的关系曲线、速度轨迹及加速度随时间变化曲线、位移轨迹随时间变化曲线,可实时通过这些曲线看到潜孔冲击器内部每时每刻的运动状态。根据软件输出结果,得到了潜孔冲击器主要结构参数对性能的影响规律,如潜孔冲击器活塞重量、气源压力、活塞前气室端面直径、配气行程、配气杆直径及后气室进气通道宽度等参数。同时,还研究了潜孔冲击器在工作过程中的携水量及最小注气量的问题,为现场实际工作提供一定指导。本文通过对中心杆配气式潜孔冲击器进行动力学模型的建立,并编写出动力学仿真系统,可直接对潜孔冲击器进行辅助设计和优化,极大提高了潜孔冲击器设计优化效率,且软件界面简洁、操作简单、上手容易,对一线设计人员非常友好,为我国潜孔冲击器的结构设计及优化奠定了良好的技术基础。