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旋挖钻机机锁杆断裂原因分析及预防措施

2018-11-14 8:56:45      点击:
1.工作原理   SR280R型入岩式旋挖钻机主要由钻杆1、随动架2、钻斗3、动力头4、加压缸5和底盘6组成。   钻杆1上端与随动架2连接,下端与钻斗3连接,中间的动力头4用于将钻机输出的扭矩传递给钻杆1,从而驱动钻杆1旋转。加压缸5可对动力头4施加的压力,通过钻杆1作用在钻斗3上,以增大钻斗3的钻进力。 
  旋挖钻机钻杆主要分为摩阻杆和机锁杆2种,本文所述SR280R型旋挖钻机配置的是机锁杆。机锁杆的外键沿轴线设有凸台,动力头的内键端部可“卡”在钻杆外键的凸台上。该型旋挖钻机通常设有强力加压功能,在作业过程中,若动力头对钻杆实施强力下压,当旋挖钻机履带前部上翘时,旋挖钻机机体、桅杆的质量就会全部施加在钻杆上。 
  2.钻杆断裂原因分析 
  SR280R型旋挖钻机在作业过程中,若操作不当极容易于造成钻杆断裂。通常钻杆断裂出现在钻进至20m处,断裂部位为第1节钻杆与动力头连接的根部。 
  该型旋挖钻机钻进过程中,当钻杆下放位置深度不超过第1节钻杆时,其余2、3、4节钻杆重叠套装在第1根钻杆内。由于此时第2、第3、第4节钻杆重叠套装在第1根钻杆内,所以第1节钻杆抗弯能力较强,不会发生断裂。 
  随着钻孔深度的不断增加,第2、第3、第4钻杆按序伸出。当第2节钻杆逐渐从第1节钻杆内伸出时,第3、第4节钻杆重叠套装在第2节钻杆内。由于第3、第4节钻杆依然重叠套装在第2节钻杆内,所以第2节钻杆此时依然能够保持足够的强度,但第1节钻杆却变得相对薄弱。如果此时旋挖钻机对钻杆实施强力下压,旋挖钻机履带前部翘起,桅杆就会后仰(后仰量为x)。钻桅后仰时,其受力如图3所示。由图3可知,由于F1与与F2形成弯矩M作用在第1节钻杆最上端的加压凸台上,所以钻杆凸台处的管体容易折断。这也正是旋挖钻机钻进至20m时,钻杆常断裂的原因所在。 
  当第3节钻杆从第2节钻杆伸出后,钻杆长度进一步增长。即使此时钻桅后仰量x与第2节钻杆伸出时的距离相同,但由于第1节钻杆弯曲的角度较小,所以该节节杆不会断裂。 
  综上所述,如果强力下压时压力过大,不仅会造成旋挖钻机履带前部翘起、桅杆后仰,还将导致钻杆断裂。 
  3.预防措施 
  根据以上分析,为避免SR280R型入岩式旋挖钻机钻杆断裂,应采取4项措施,如下所述。 
  (1)配置合适的钻杆 
  该机应配置508系列钻杆(标配,直径为508mm)。其若配置445系列钻杆(直径为445mm),当遇到坚硬地层且进行大孔径钻进时,有可能造成钻杆断裂。为此,操作人员应根据相应工况配置合适的钻杆。 
  (2)将桅杆调为竖直状态 
  为避免钻杆作业时受弯矩作用而折断,作业前应将桅杆调为竖直状态。常用的调竖直方法有2种:一是采用钻机自带、操作简易的“一键式”自动调整系统;二是采用人工检查方法。 
  人工检查方法如下:取1根细绳,在绳的1端系上重物,使细绳处于竖直向下的状态;1人手持该细绳,站在钻机正前方,另1人观察桅杆与细绳是否平行;2人再以桅杆为中心,人与桅杆的距离为半径,绕桅杆旋转90°;以同样的方法,观察桅杆与细绳是否平行,若2次观察结果均平行,则桅杆处于竖直状态。 
  (3)避免履带前端翘起 
  作业过程中,应尽量避免强力加压,以防止旋挖钻机履带前端翘起。当发现桅杆有后仰现象时,应降低加压力,以减轻钻杆所受弯矩。 
  (4)增强钻杆的抗弯强度 

  508系列机锁杆的第1节钻杆,采用直径为508mm、厚度为10mm钢管制作。正常施工时,该钻杆可满足强度要求。但当桅杆后仰、钻杆承受较大弯矩时,钻杆就可能发生断裂。对此,可将该钢管改成直径为508mm、厚度为14mm钢管。将钻杆管壁加厚以后,发生桅杆后仰时钻杆断裂的可能性将大幅度降低。 

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