王 君

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司司家營(yíng)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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)縫鋼管的聯(lián)接不至于立即失效，在鉆桿接頭與無(wú)縫鋼管配合處裝有銷子。

2 牙輪鉆桿在使用中出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 牙輪鉆桿出現(xiàn)“偏磨”現(xiàn)象

牙輪鉆桿在使用過(guò)程中出現(xiàn)無(wú)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(guò)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(lái)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(wú)縫鋼管中脫落，在鉆桿接頭與無(wú)縫鋼管配合處裝有銷子。為了保證銷子在使用過(guò)程中不脫落，銷子與鉆桿接頭和無(wú)縫鋼管配合到位后，銷子往往“凹入”無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(wú)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(wú)縫鋼管裝配、焊接。④在無(wú)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(guò)一次走刀將整個(gè)螺紋車削出來(lái)，而是需要多次走刀。在車削螺紋的過(guò)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(wú)縫鋼管的直線度和同軸度

無(wú)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(guò)程中會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)和“偏磨”。無(wú)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(guò)程中出現(xiàn)晃動(dòng)和“偏磨”。

4.3 鉆桿接頭與無(wú)縫鋼管的裝配質(zhì)量

鉆桿接頭與無(wú)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(wú)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(guò)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(wú)縫鋼管的材質(zhì)選擇45。②在選擇無(wú)縫鋼管時(shí)，無(wú)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(wú)縫鋼管上鏜與鉆桿接頭配合的圓柱面時(shí)應(yīng)以無(wú)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(guò)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(guò)程中要增加測(cè)量頻率，使已產(chǎn)生的缺陷可以通過(guò)后續(xù)的加工予以消除。④合理確定鉆桿接頭與無(wú)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(wú)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(guò)大。⑤鉆桿接頭內(nèi)、外螺紋旋合到位后的端面間隙不宜過(guò)大，當(dāng)螺紋旋合到位后，其間隙以不超過(guò)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(guò)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(guò)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(yǔ)

通過(guò)以上措施的實(shí)施，司家營(yíng)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。