淺談提高牙輪鉆桿使用壽命的措施

王 君

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司司家營北區(qū)礦山分公司，河北 唐山 063700）

1 牙輪鉆機(jī)的工作原理及牙輪鉆桿的結(jié)構(gòu)

牙輪鉆機(jī)的工作部分主要由動(dòng)力頭、牙輪鉆桿、穩(wěn)桿器和牙輪鉆頭組成。牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)，動(dòng)力頭通過牙輪鉆桿和穩(wěn)桿器將其提供的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的同時(shí)不斷鉆進(jìn)，同時(shí)，通入牙輪鉆桿內(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖

其中，鉆桿接頭與無縫鋼管的聯(lián)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(lián)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(xiàn)的問題

2.1 牙輪鉆桿出現(xiàn)“偏磨”現(xiàn)象

牙輪鉆桿在使用過程中出現(xiàn)無縫鋼管局部徑向磨損不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)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(nèi)、外螺紋聯(lián)接在一起使用的。出于確保螺紋旋合到位、補(bǔ)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(nèi)、外螺紋旋合到位后接觸嚴(yán)密，通常是采用加裝墊片的方法來補(bǔ)償間隙。如果鉆桿接頭配合間隙太大，勢(shì)必增加墊片的數(shù)量，影響牙輪鉆桿的使用。

2.3 在后續(xù)維修中銷子周圍出現(xiàn)裂紋

為了避免因焊縫磨損導(dǎo)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(shí)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(duì)銷子進(jìn)行補(bǔ)焊。由于從牙輪鉆桿內(nèi)腔通過銷子配合面流出的水對(duì)焊接的影響，銷子補(bǔ)焊完成后，會(huì)在焊接部位周圍出現(xiàn)裂紋，在后續(xù)使用過程中，裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)展，影響牙輪鉆桿的強(qiáng)度。

2.4 鉆桿接頭螺紋斷裂

牙輪鉆桿在使用過程中出現(xiàn)螺紋不連續(xù)或局部斷裂，影響牙輪鉆桿的聯(lián)接強(qiáng)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(qū)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(nèi)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(nèi)）圓錐面、車外（內(nèi)）螺紋，銑卡槽。②在無縫鋼管的內(nèi)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(zhì)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(zhì)量，其質(zhì)量的好壞影響內(nèi)、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(shí)，由于車床只具有縱向自動(dòng)進(jìn)給功能，因此，在車床縱向自動(dòng)進(jìn)給的同時(shí)需要手動(dòng)橫向進(jìn)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(gè)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(jù)螺紋的車削情況縱向調(diào)節(jié)刀架的位置。車床的縱向自動(dòng)進(jìn)給可以保證螺紋的螺距不變，但是，手動(dòng)橫向進(jìn)給和刀架調(diào)節(jié)的不均勻性會(huì)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(huì)導(dǎo)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(duì)牙輪鉆桿的直線度有直接影響，其結(jié)果是牙輪鉆桿彎曲，在使用過程中會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)和“偏磨”。無縫鋼管的同軸度不符合要求（即壁厚不均勻），也會(huì)造成牙輪鉆桿在使用過程中出現(xiàn)晃動(dòng)和“偏磨”。

4.3 鉆桿接頭與無縫鋼管的裝配質(zhì)量

鉆桿接頭與無縫鋼管的裝配質(zhì)量對(duì)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(huì)造成鉆桿接頭（頭）和鉆桿接頭（尾）不同軸，在使用過程中也會(huì)出現(xiàn)牙輪鉆桿晃動(dòng)和“偏磨”。

4.4 鉆桿接頭毛坯件的材質(zhì)

鉆桿接頭毛坯件的材質(zhì)如果不能滿足牙輪鉆桿的使用條件，會(huì)造成螺紋因強(qiáng)度不足而失效，有牙輪鉆桿聯(lián)接失效和穩(wěn)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(shí)滿足牙輪鉆桿螺紋的強(qiáng)度和可焊接性，鉆桿接頭毛坯件的材質(zhì)選擇35CrMo，無縫鋼管的材質(zhì)選擇45。②在選擇無縫鋼管時(shí)，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(nèi)。此外，在無縫鋼管上鏜與鉆桿接頭配合的圓柱面時(shí)應(yīng)以無縫鋼管的外圓柱面為基準(zhǔn)找正。③加工鉆桿接頭螺紋時(shí)，由于需要手動(dòng)橫向進(jìn)給，切削速度不易過快，以便盡可能保證橫向進(jìn)給的均勻性。同時(shí)，切削液必須供給充足。此外，在加工螺紋的過程中要增加測(cè)量頻率，使已產(chǎn)生的缺陷可以通過后續(xù)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(diào)節(jié)鉆桿接頭與無縫鋼管的直線度；配合間隙太大，對(duì)牙輪鉆桿的強(qiáng)度不利。因此，在保證鉆桿接頭可以調(diào)節(jié)的前提下，其配合間隙不易過大。⑤鉆桿接頭內(nèi)、外螺紋旋合到位后的端面間隙不宜過大，當(dāng)螺紋旋合到位后，其間隙以不超過10mm為宜。⑥裝配銷子時(shí)，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(bǔ)焊。⑦經(jīng)常測(cè)量穩(wěn)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(wěn)桿器也是通過螺紋聯(lián)接的，若兩者螺紋不吻合，會(huì)影響到螺紋旋合后螺紋的受力狀況。若偏差較大，還會(huì)造成穩(wěn)桿器脫落。因此，若穩(wěn)桿器的螺紋尺寸有偏差，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

6 結(jié)語

通過以上措施的實(shí)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。