Основная причина поломки бурового стержня
В связи с развитием горной промышленности Китая и увеличением масштабов строительства транспортной инфраструктуры, а также требованиями правительства, касающимися механизации, автоматизации и интеллектуального безлюдного строительства и добычи, рынок бурового инструмента развивался стремительно. Говорят, что существует десятки производителей с объемом рынка в миллиарды юаней. Однако в производительности продукции отечественных брендов все еще остается много возможностей для улучшения.
Сегодня давайте поговорим о нашем опыте с поломкой буровых стержней на буровых установках для камня.
В качестве бурового стержня экскавационного вагончика, он является проводником, который передает ударную энергию буровой машины на породу. Его рабочая форма показана на рисунке выше. Независимо от спецификаций, существуют в основном несколько режимов отказа, а именно обычный износ. Кроме того, один из них — это поломка бурового стержня, а другой — износ и деформация соединительной резьбы. Износ и деформация резьбы являются обычными случаями, тогда как переломы встречаются относительно редко, но точки перелома почти всегда расположены примерно в 50 сантиметрах от резьбовой муфты.
Эта ситуация на самом деле очень соответствует теории колебаний передачи энергии в буровых молотах. Когда ударающий поршень ударяет по хвостовику бура, кинетическая энергия удара преобразуется в стрессовые волны, которые передаются на дно скважины через буровую штангу и буровое сверло. Чтобы достичь оптимальной экономии бурения, вся система – от бурового молота до инструмента для бурения и до горной породы – должна быть согласована между собой. Согласно теории стрессовых волн, стрессовые волны имеют прямоугольную форму, при этом длина прямоугольной волны в два раза больше длины поршня. Высота прямоугольной волны зависит от скорости поршня в момент удара, а также от соотношения между площадью поперечного сечения ударающего поршня и площадью поперечного сечения буровой штанги, как показано на рисунке. Энергия, генерируемая ударом поршня бурового молота, передается в виде волн через хвост буровой штанги, и буровая штанга разбивает горную породу. Если вы ударили большим молотом, держали буровую штангу или стучали по гвоздю, вы можете почувствовать небольшое расширение буровой штанги ладонью или пальцами и получить сенсорный опыт. Согласно этой теории, при данном давлении удара амплитуда стрессовой волны в буровой трубе, то есть значение напряжения, станет выше из-за уменьшения поперечного сечения буровой трубы. Чтобы обеспечить более длительный срок службы хвостовика бура и буровой штанги, важно убедиться, что рабочее давление соответствует поперечному размеру инструмента для бурения в любое время. Буровые молоты Atlas Copco все используют концепцию тонкого поршня и надеются, что диаметр хвостовика бурового сверла и буровой штанги совпадают с ним и имеют равномерное изменение, чтобы пик значения энергии волны был равномерным, что может не только достичь высокой эффективности передачи, но и улучшить срок службы бурового инструмента. Это также объясняет, почему буровой молот Atlas более эффективен, чем другие бренды.
Однако на практике, будь то хвостовик бурового инструмента или буровой стержень, из-за функциональных и технологических требований его структурная форма сложно полностью соответствует условию отсутствия изменения диаметра. Из рисунка видно, что при экскавации и бурении породы, независимо от того, используется ли интегрированный быстросъемный буровой стержень или соединительная муфта, соединительная резьба между хвостовиком бурового стержня и буровым стержнем — это место, где амплитуда ударной волны изменяется больше всего, то есть где будет генерироваться пик ударной волны; точность механической обработки резьбы, степень соответствия взаимного сотрудничества и даже изменения отклонения в процессе работы буровой трубы оказывают наибольшее влияние на эту часть, что и объясняет, почему отказы буровых труб происходят чаще всего в этой области. Поэтому, если производители бурового инструмента смогут приложить усилия в этой области, работы еще много.
Но на самом деле я уверен, что можно только улучшить ситуацию. В некотором смысле эта проблема неразрешима для горизонтальной раскопки и бурения岩石.
В бурении открытым способом сейчас чаще используются ударные молоты, и поскольку буровая труба не выдерживает удара, такой проблемы не возникает. Atlas ловко использовал своего рода буровой инструмент под названием COPROD для бурения с верхним молотом. Как показано на рисунке, внешняя оболочка не воспринимает удар, а внутренний ударный стержень не использует резьбовое соединение, а использует нахлест, поэтому диаметр не изменяется, и форма волны не имеет пиковых изменений. Скорость бурения и срок службы бурового инструмента очень длинные, но в основном он подходит только для вертикального бурения.
