L8 潛孔鉆機(jī)動(dòng)力頭修復(fù)工藝技術(shù)研究

劉松茂

攀鋼礦業(yè)公司攀枝花鐵礦 四川攀枝花 617000

L8 潛孔鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置是采用雙液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，能提供 6 200 N·m 的強(qiáng)大回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。該回轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置的應(yīng)用有利于提高 L8 潛孔鉆機(jī)的鉆孔質(zhì)量，減少卡鉆風(fēng)險(xiǎn)；其與鉆管之間的連接為浮動(dòng)式連接，提高了鉆管及回轉(zhuǎn)裝置的使用壽命。

1 使用情況

回轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置裝配示意如圖 1 所示。

圖1 回轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置裝配示意

2012 年 4 月，3 臺(tái)阿特拉斯 L8 潛孔鉆機(jī)在攀枝花鐵礦投入使用，運(yùn)行至今，因使用年限長(zhǎng)、工作負(fù)荷大、作業(yè)環(huán)境惡劣，潛孔鉆機(jī)的動(dòng)力頭主軸及馬達(dá)齒輪軸出現(xiàn)晃動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)力頭內(nèi)軸承基孔磨損嚴(yán)重，竄風(fēng)漏油故障頻發(fā)。曾采用更換軸承的方法進(jìn)行處理，但故障一直未能有效解決，設(shè)備故障率極高。

2 動(dòng)力頭損壞原因分析

(1)在 L8 潛孔鉆機(jī)實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，動(dòng)力頭進(jìn)氣座時(shí)常發(fā)生竄風(fēng)漏油故障，高壓風(fēng)將箱體內(nèi)的稀油吹走，造成軸承因缺少潤(rùn)滑振動(dòng)磨損軸承基孔。

(2)進(jìn)氣密封采用格萊圈與動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)主軸配合。格萊圈密封失效導(dǎo)致進(jìn)氣座竄風(fēng)漏油。格萊圈密封失效的原因：一是格萊圈安裝精度要求過(guò)高，裝配時(shí)很難保證；二是鉆機(jī)作業(yè)過(guò)程鉆桿的晃動(dòng)、夾鉆等，造成動(dòng)力頭主軸擺動(dòng)過(guò)大，同時(shí)格萊圈的密封補(bǔ)償尺寸極為有限，導(dǎo)致密封失效。

3 動(dòng)力頭修復(fù)工藝

為解決動(dòng)力頭基孔磨損問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)曾嘗試不同的方案，但均未徹底解決。例如：軸承基孔加工后鑲嵌鋼套，使用半個(gè)月后，修復(fù)的動(dòng)力頭再次出現(xiàn)竄風(fēng)漏油故障，經(jīng)分析，鑲嵌的鋼套過(guò)薄，裝配過(guò)盈量小，鋼套與動(dòng)力頭箱體受力不均，易產(chǎn)生振動(dòng)磨損損壞；用金屬修補(bǔ)劑對(duì)軸承基孔進(jìn)行修補(bǔ)，難度過(guò)大，精度達(dá)不到裝配要求。

動(dòng)力頭箱體為鑄鋼材料，體積較小，箱體壁較薄，最薄處不足 7 mm，對(duì)焊接修復(fù)工藝及裝配精度要求較高。經(jīng)反復(fù)研究分析，為保證修復(fù)質(zhì)量，從動(dòng)力頭軸承基孔、進(jìn)氣座密封 2 個(gè)方面入手，重新調(diào)整了修復(fù)工藝。

3.1 軸承基孔先堆焊再加工

動(dòng)力頭由箱體及箱蓋組成，共有 6 處軸承基孔需要進(jìn)行堆焊處理，分別是 30224 軸承基孔 1 處，2206EC 軸承基孔 2 處，箱蓋上 208ECP 軸承基孔 2處，2206EC 軸承基孔 1 處。對(duì)動(dòng)力頭軸承基孔進(jìn)行堆焊，厚度不得超過(guò) 2 mm，堆焊后再按軸承型號(hào)及安裝精度要求，重新加工軸承基孔。

3.1.1 焊前處理

先將動(dòng)力頭箱體及箱蓋的油泥清洗干凈，再用角磨機(jī)把需堆焊的基孔磨出金屬光澤。

碳鋼鑄件的淬硬傾向大，冷焊易裂，應(yīng)作預(yù)熱處理。可用氧氣-乙炔在動(dòng)力頭箱體及箱蓋基孔堆焊處及周邊整體先迅速擺動(dòng)預(yù)熱幾分鐘，然后在基孔局部部位緩慢移動(dòng)保持 10 min (視箱體壁厚而定)，加熱至300～350 ℃，堆焊處充分預(yù)熱后施焊。

3.1.2 焊接處理

箱體及箱蓋基孔堆焊在固定廠房進(jìn)行，防止焊接過(guò)程中，工件快速冷卻造成焊接裂紋。用鑄鐵焊條對(duì)稱堆焊，每層堆焊后均要及時(shí)清除藥渣，由內(nèi)向外均勻地錘擊補(bǔ)焊區(qū)域。每堆焊一層還需反復(fù)加熱，再迅速堆焊，以降低焊接應(yīng)力，避免產(chǎn)生焊接裂紋。

3.1.3 焊條處理

焊接前焊條要先烘干 1 h，溫度為 150～250 ℃。焊條烘干后放置在保溫箱中，隨用隨取。

3.1.4 焊后處理

按 ASTMA352/A352M2006 規(guī)定，堆焊后的工件必須去除應(yīng)力。將堆焊后的箱體及箱蓋用氧-乙炔加熱到表面出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的暗紅色，立即在箱體及箱蓋基孔處蓋上石棉板保溫，使之緩慢冷卻。保溫時(shí)間不少于 120 min，冷卻到 100 ℃ 以下即可。

3.1.5 焊后檢測(cè)

堆焊后箱體及箱蓋，按 JB/T 5263—2005 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用無(wú)損檢測(cè)方式檢查焊接質(zhì)量，保證焊接后工件的安全性及可靠性。

采用便攜式布氏硬度計(jì)對(duì)堆焊后箱體及箱蓋進(jìn)行硬度檢測(cè)，主要檢查工件焊后處理效果。如果回火溫度不夠或時(shí)間不足，容易引起局部應(yīng)力集中，造成堆焊基孔強(qiáng)度高，可塑性差，不易機(jī)加工。

用手提砂輪機(jī)磨平焊后基孔，用便攜式布氏硬度計(jì)測(cè)量硬度。對(duì)比堆焊后箱體及箱蓋基孔與本體硬度值，若 2 個(gè)硬度值相近，則說(shuō)明焊后處理效果較好；若硬度值相差 20 以上，須返工，直至基孔焊后硬度與本體接近。

3.1.6 軸承基孔機(jī)加工

動(dòng)力頭箱體內(nèi)的軸承基孔加工基準(zhǔn)：使用數(shù)控機(jī)床以動(dòng)力頭箱體內(nèi)未磨損的孔作為基準(zhǔn)找正，使軸承外圈與基孔更緊配合安裝；以軸承外圈裝配標(biāo)準(zhǔn)來(lái)加工軸承基孔尺寸，精度等級(jí)采用 6 級(jí)。修復(fù)前后的動(dòng)力頭箱體內(nèi)的軸承基孔如圖 2 所示。

圖2 修復(fù)前后的動(dòng)力頭箱體軸承基孔

動(dòng)力頭箱蓋上的軸承基孔加工基準(zhǔn)：以回轉(zhuǎn)馬達(dá)安裝平面及未磨損孔為基準(zhǔn)，用數(shù)控機(jī)床加工軸承孔；以軸承外圈裝配為標(biāo)準(zhǔn)，加工軸承基孔，精度等級(jí)采用 6 級(jí)。修復(fù)前后的動(dòng)力頭箱蓋上的軸承基孔如圖 3 所示。

圖3 修復(fù)前后的動(dòng)力頭箱蓋軸承基孔

3.2 動(dòng)力頭導(dǎo)氣座密封方式

原動(dòng)力頭進(jìn)氣密封方式為格萊圈與動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)主軸封配合。格萊圈(90×106×6) 安裝精度要求過(guò)高，很難保證。改進(jìn)時(shí)，采用高壓骨架油封(45×65×6)與導(dǎo)氣密封座配合，裝配簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性更高。利用原動(dòng)力頭主軸軸頭密封部位進(jìn)行局部堆焊，如圖 4所示。用普通鋼材加工導(dǎo)氣密封座如圖 5 所示。

圖4 動(dòng)力頭主軸軸頭的密封加工

圖5 導(dǎo)氣密封座的加工

4 結(jié)語(yǔ)

L8 潛孔鉆機(jī)是進(jìn)口設(shè)備，備件采購(gòu)成本高、周期長(zhǎng)，缺乏相關(guān)技術(shù)資料。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過(guò)不斷探索研究，確定了軸承基孔先堆焊后加工的修復(fù)工藝，并將原格萊圈密封改為高壓骨架油封與導(dǎo)氣密封相結(jié)合的形式。修復(fù)后的動(dòng)力頭于2021 年5 月8 日應(yīng)用到 1 號(hào)鉆機(jī)，已穩(wěn)定運(yùn)行至今，修復(fù)后的使用周期達(dá)到了新動(dòng)力頭的80% 左右，延長(zhǎng)了進(jìn)口設(shè)備基礎(chǔ)件的使用壽命。