凿岩台车钻具损坏的故障分析与排除

凿岩台车钻具损坏的故障分析与排除新疆马兰６３６５６部队蔡龙贵王彦庆我部引进的一台瑞典ＡｔｌａｓＢｏｏｍｅｒＨ１０４全液压凿岩台车在开始投入施工的初期发生钎尾、钻杆频繁断裂，平均打一百三十多个孔（累计进尺约４００ｍ）左右断１根钎尾或钻杆（钎尾或钻杆的断裂一般是交替发生的），远远低于其设计使用寿命（累计进尺３６００ｍ）。１故障现象（１）从钻杆与钎尾断裂部位来看，都属于螺纹部位的疲劳断裂。都是螺纹（与连接套拧紧的一侧）损坏导致的断裂（如图１所示）。图１钻杆与钎尾的损坏情况（２）在钻进过程中，连接套、钻杆、钎尾结合部有大量的热量产生，用手触摸时间不能超过３ｓ。其中最严重的一个连接套在结合部位已经发蓝，其局部温度超过４００℃。（３）钎尾和钻杆的端面有比较严重的气蚀麻坑。２原因分析在不考虑钻具材料与设计加工（包括热处理）方面的因素下，影响钻具寿命的主要因素有：（１）钻具不同心钎尾、连接套、钻杆三者之间不同心可造成钻具的弯曲变形，产生应力，引起连接部位的松动。（２）推进压力正常的推进压力范围是低冲击（开孔时）为３～５ＭＰａ，高冲击（钻孔时）为５～８ＭＰａ。如果推进压力过低，不但使凿岩穿透效率降低，而且会很快引起连接套松动。钻进时连接套产生松动就会使钻具组传递的能量造成损失，还将引起很大的应力，从而导致钢部件的疲劳破坏。同时由于连接套的松动，会造成钎尾和钻杆的结合端面的瞬间接触与分离，也就是说在凿岩工作中两个端面在活塞的高压高速冲击下承受着冲击载荷。在钎尾失去活塞冲击的情况下，由于弹力的作用使钎尾和钻杆端面之间产生间隙。此时，冷却水进入此间隙，在活塞冲击钎尾时，钎尾便以高速高压冲击钻杆，此时，两端之间的水分子在高速高压下发生爆炸，由此而产生对两端面的气蚀作用。推进压力不足的表现是钻具发热，连接套“喀嗒”作响，过热会使连接套螺纹和钻杆螺纹磨损超常。如果推进压力过高，钻头的转动速度会降低，则卡钻的危险性增加且凿岩效率下降，同时钻杆的弯曲应力会增大。（３）冲击压力正常的冲击压力范围是：低冲击（开孔时）为１３～１４ＭＰａ高冲击（钻孔时）为１８～２１ＭＰａ。如果冲击压力调整不当，将直接影响回转速度与钻进凿岩效率，还将影响钻具的寿命。（４）回转速度回转速度应与钻头直径和凿岩机冲击频率相匹配。钻头的硬质合金在每次冲击后，要转过适当的角度，这样每次都是破碎新的岩石。钻头越大，回转速度应越低，回转速度过高会损坏钻头的周边。合适的回转速度是每冲击一次，钻头边缘硬质合金转过线距离９～１０ｍｍ。在一定的冲击压力下，穿透速度是回转速度的函数，它有一个较平坦的最大值，要取得最大穿透速度并不是回转速度最低时。例如：ＡｔｌａｓＢ１０４钻机，硬度为ｆ１２～１４的花岗岩，推进压力为６．５ＭＰａ，冲击压力为１８ＭＰａ，对于７６ｍｍ硬质合金球齿式钻头来说，其适当的转速为１００ｒ/ｍｉｎ。对于４５ｍｍ硬质合金球齿式钻头来说，其适当的转速为１６９ｒ/ｍｉｎ。对于其它直径的硬质合金球齿式钻头，在冲击压力没有太大改变的情况下，可按照公式Ｒ＝７６００算出，其中Ｒ代表回转速度，代表钻头直径。对于子弹头式的钻头，其回转速度则可由Ｒ＝９８８０算出。（５）回转压力正常的回转压力是非常重要的，它不但可以给钻杆提供适当的防卡保护，它还是确保一定的回转压力增量的前提。对于硬度为ｆ１２～１４花岗岩，正常回转压力为：低冲击时３～５ＭＰａ，高冲击５～８ＭＰａ。回转压力的增量是保持连接套与钎尾、连接套与钻杆紧度的关键因素，连接套紧度不够，往往造成连接套发热，螺纹表面剥落，螺纹早期磨损甚至是断裂。（６）使用方法不当使用后的连接套若与新的钎尾或钻杆配合使用会缩短钻具的使用寿命，另外，接杆时连接套不对中，螺纹上有泥沙，钎尾连接套和钻杆的螺纹在连接时不抹黄油等也易损坏钻具，“空打”损坏钻具比较严重，应尽量避免。３故障的诊断与排除（１）我们检查了钻杆与连接套、钎尾相连接后的同心度，发现钻杆中部径向跳动最大值为１．５ｍｍ，钎尾与连接套拧紧后其端部径向跳动为１．０ｍｍ，在正常的范围内。（２）分析岩层的硬度情况，检查调整冲击压力。钻机工作的花岗岩经检查其硬度为ｆ１３，属中高硬度的岩石。原来的冲击压力为高冲击时２２ＭＰａ，低冲击时１３ＭＰａ。高冲击压力偏高，经实际凿岩试验，我们将高冲击压力调整为１８ＭＰａ，低冲击为１３ＭＰａ。（３）检查调整推进压力原来的推进压力是高冲击时６ＭＰａ，低冲击时４ＭＰａ，根据岩石的硬度情况和钻具损坏的情况，我们调高了钻进时的推进压力，调整后的压力为高冲击时８ＭＰａ，低冲击时４ＭＰａ。（４）检查调整了回转速度我们用光电转速表测出原来的回转速度为１３４ｒ/ｍｉｎ，根据钻头直径和冲击压力值，我们计算出合适的回转速度应为１６９ｒ/ｍｉｎ，随即我们对回转速度进行了调整，使其符合要求。（５）检查调整了回转压力根据岩层情况，我们提高了高冲击的回转压力，将其由原来的６ＭＰａ，调整为７ＭＰａ。（６）将钻杆、钎尾、连接套全部更换成新品。经过以上检查和调整，经２４个班次作业，累计单杆钻进达３６００ｍ，才出现钎尾损坏，已达到厂家设计的使用寿命，且钻具螺纹磨损面光亮平整，钻具故障完全排除。