淺談提高牙輪鉆桿使用壽命的措施

王 君

（河北鋼鐵集團礦業有限公司司家營北區礦山分公司，河北 唐山 063700）

1 牙輪鉆機的工作原理及牙輪鉆桿的結構

牙輪鉆機的工作部分主要由動力頭、牙輪鉆桿、穩桿器和牙輪鉆頭組成。牙輪鉆機鉆孔時，動力頭通過牙輪鉆桿和穩桿器將其提供的回轉扭矩和軸向壓力傳遞給牙輪鉆頭，使牙輪鉆頭在巖石上回轉的同時不斷鉆進，同時，通入牙輪鉆桿內腔中的壓縮空氣將巖渣從鉆孔底部不斷吹到孔外，直到形成所需深度的鉆孔。

牙輪鉆桿主要由鉆桿接頭（頭）、鉆桿接頭（尾）、無縫鋼管和銷子組成（如圖1所示）。

圖1 牙輪鉆桿的結構示意圖

其中，鉆桿接頭與無縫鋼管的聯接方式采用焊接，為了確保焊縫因磨損失效后鉆桿接頭與無縫鋼管的聯接不至于立即失效，在鉆桿接頭與無縫鋼管配合處裝有銷子。

2 牙輪鉆桿在使用中出現的問題

2.1 牙輪鉆桿出現“偏磨”現象

牙輪鉆桿在使用過程中出現無縫鋼管局部徑向磨損不均勻的現象，導致牙輪鉆桿承受扭矩的能力下降。

2.2 鉆桿接頭配合間隙大

為了滿足鉆孔深度的要求，通常是將兩根牙輪鉆桿通過鉆桿接頭的內、外螺紋聯接在一起使用的。出于確保螺紋旋合到位、補償螺紋磨損和便于拆卸等方面的考慮，鉆桿接頭留有一定量的配合間隙。為了確保鉆桿接頭的配合端面在內、外螺紋旋合到位后接觸嚴密，通常是采用加裝墊片的方法來補償間隙。如果鉆桿接頭配合間隙太大，勢必增加墊片的數量，影響牙輪鉆桿的使用。

2.3 在后續維修中銷子周圍出現裂紋

為了避免因焊縫磨損導致鉆桿接頭從無縫鋼管中脫落，在鉆桿接頭與無縫鋼管配合處裝有銷子。為了保證銷子在使用過程中不脫落，銷子與鉆桿接頭和無縫鋼管配合到位后，銷子往往“凹入”無縫鋼管6mm～10mm，然后用電焊填平。牙輪鉆桿使用一段時間后，銷子的外層焊接部分逐漸被磨掉。為確保銷子不脫落，需要對銷子進行補焊。由于從牙輪鉆桿內腔通過銷子配合面流出的水對焊接的影響，銷子補焊完成后，會在焊接部位周圍出現裂紋，在后續使用過程中，裂紋會逐漸擴展，影響牙輪鉆桿的強度。

2.4 鉆桿接頭螺紋斷裂

牙輪鉆桿在使用過程中出現螺紋不連續或局部斷裂，影響牙輪鉆桿的聯接強度。

3 牙輪鉆桿的加工工藝

①加工鉆桿接頭：鉆桿接頭分為鉆桿接頭（頭）和鉆桿接頭（尾），除了長度尺寸和局部尺寸不同外，其主要區別是：鉆桿接頭（頭）上的螺紋是外螺紋，鉆桿接頭（尾）上的螺紋為內螺紋。加工工藝為：在鉆桿接頭毛坯件上鉆孔，車外圓柱面和配合圓柱面、車外（內）圓錐面、車外（內）螺紋，銑卡槽。②在無縫鋼管的內壁上鏜焊接坡口和與鉆桿接頭配合的圓柱面。③鉆桿接頭與無縫鋼管裝配、焊接。④在無縫鋼管與鉆桿接頭配合處鉆孔、裝銷子、焊接。

4 影響牙輪鉆桿使用壽命的因素

4.1 鉆桿接頭的加工質量

鉆桿接頭的諸多加工要素中最不容易控制的是螺紋的質量，其質量的好壞影響內、外螺紋旋合后螺紋的受力狀況。

圖2 鉆桿接頭（頭）螺紋的局部圖

由于螺紋是分布在圓錐半角為7.125°的圓錐面上（如圖2所示），在用普通車床加工螺紋時，由于車床只具有縱向自動進給功能，因此，在車床縱向自動進給的同時需要手動橫向進給。另一方面，由于螺紋的螺距較大，不能通過一次走刀將整個螺紋車削出來，而是需要多次走刀。在車削螺紋的過程中，在走刀之前需要根據螺紋的車削情況縱向調節刀架的位置。車床的縱向自動進給可以保證螺紋的螺距不變，但是，手動橫向進給和刀架調節的不均勻性會造成螺紋的形狀、螺紋的高度、螺紋牙的厚度和螺紋表面粗糙度的不均勻。上述缺陷會導致螺紋旋合后受力不均勻，造成螺紋局部損壞，甚至脫落。

4.2 無縫鋼管的直線度和同軸度

無縫鋼管的直線度不符合要求對牙輪鉆桿的直線度有直接影響，其結果是牙輪鉆桿彎曲，在使用過程中會出現晃動和“偏磨”。無縫鋼管的同軸度不符合要求（即壁厚不均勻），也會造成牙輪鉆桿在使用過程中出現晃動和“偏磨”。

4.3 鉆桿接頭與無縫鋼管的裝配質量

鉆桿接頭與無縫鋼管的裝配質量對牙輪鉆桿的直線度也有一定的影響，鉆桿接頭與無縫鋼管如果裝配不直，會造成鉆桿接頭（頭）和鉆桿接頭（尾）不同軸，在使用過程中也會出現牙輪鉆桿晃動和“偏磨”。

4.4 鉆桿接頭毛坯件的材質

鉆桿接頭毛坯件的材質如果不能滿足牙輪鉆桿的使用條件，會造成螺紋因強度不足而失效，有牙輪鉆桿聯接失效和穩桿器掉入孔洞的可能。

5 提高牙輪鉆桿使用壽命的措施

①為同時滿足牙輪鉆桿螺紋的強度和可焊接性，鉆桿接頭毛坯件的材質選擇35CrMo，無縫鋼管的材質選擇45。②在選擇無縫鋼管時，無縫鋼管的直線度和同軸度必須控制在一定的誤差范圍內。此外，在無縫鋼管上鏜與鉆桿接頭配合的圓柱面時應以無縫鋼管的外圓柱面為基準找正。③加工鉆桿接頭螺紋時，由于需要手動橫向進給，切削速度不易過快，以便盡可能保證橫向進給的均勻性。同時，切削液必須供給充足。此外，在加工螺紋的過程中要增加測量頻率，使已產生的缺陷可以通過后續的加工予以消除。④合理確定鉆桿接頭與無縫鋼管的配合間隙。配合間隙太小，不利于調節鉆桿接頭與無縫鋼管的直線度；配合間隙太大，對牙輪鉆桿的強度不利。因此，在保證鉆桿接頭可以調節的前提下，其配合間隙不易過大。⑤鉆桿接頭內、外螺紋旋合到位后的端面間隙不宜過大，當螺紋旋合到位后，其間隙以不超過10mm為宜。⑥裝配銷子時，在確保銷子定位可靠的情況下，盡可能增加銷子的深度，避免銷子因外層焊接部分過分磨損而補焊。⑦經常測量穩桿器螺紋的尺寸，確保其尺寸與牙輪鉆桿的螺紋尺寸相吻合。由于牙輪鉆桿與穩桿器也是通過螺紋聯接的，若兩者螺紋不吻合，會影響到螺紋旋合后螺紋的受力狀況。若偏差較大，還會造成穩桿器脫落。因此，若穩桿器的螺紋尺寸有偏差，應及時調整。

6 結語

通過以上措施的實施，司家營鐵礦牙輪鉆桿的使用壽命在使用條件不變的情況下有明顯的提高，取得了較好的效果。