Vrtací tyč a vrták pro horninu: Odolné proti opotřebení, výrazně prodlužují dobu provozu

Hydraulický kamenolomní vrták sám o sobě zřídka způsobuje, že projekt začne „krevně“ utrácet. To dělají spotřební materiály. Vrtací tyče a vrtáky se mění mnohem častěji než drifter, ke kterému jsou připojeny, a u výrobního vrtání – kde jeden dlouhý vrtací jumbo může za měsíc projít desítkami sad tyčí – chybný výběr materiálu se rychle promítne do významné nákladovosti na metr, než si to někdo všimne.

Únavové poškození závitů, opotřebení tlačítek a prohýbání tyčí způsobené nesprávnou rychlostí rotace jsou tři režimy poruchy, které se opakovaně objevují na staveništích, kde se spotřební materiály objednávají pouze podle ceny. Tento článek se zabývá tím, co ve skutečnosti ovlivňuje životnost těchto komponentů, a jak správně vybrat specifikace tyčí a vrtáků tak, aby odpovídaly konkrétnímu vrtacímu zařízení a geologickému prostředí, ve kterém budou používány.

Proč se vrtací tyče porouchají dříve, než by měly

Vrtací tyče přenášejí současně dva typy zatížení: rázovou napěťovou vlnu, která se šíří od náboje k vrtákům, a točivý krouticí moment, který zkroucuje tyč, když vrták dráždí povrch. Tyto napětí nejsou kompatibilní. Rázové zatížení je tlakové a má vysokou frekvenci; krouticí moment je torzní a trvalý. Tyč musí obě zatížení snést bez únavového poškození v závitových spojích, kde se ve skutečnosti většina poruch také začíná.

Nesymetrické závitové konstrukce – u nichž nosná a centrační strana závitu mají různé geometrie – zvyšují tuhost spoje při rázovém zatížení, přičemž zároveň umožňují čisté utažení i uvolnění. Výrobci vysoce kvalitních tyčí speciálně navrhují profil závitu pro tuto podmínku dvojího zatížení. Použití oceli s obsahem slitinových prvků 23CrNiMo nebo podobné oceli poskytuje dostatečnou houževnatost k pohlcení opakovaných rázových zatížení a zároveň odolává povrchové únavě, která se na styčných plochách závitů začíná jako zavření (galling).

Nesprávný tlak pohonu je skrytým urychlovačem poruch tyčí. Pokud je přítlaková síla příliš nízká, vrtací řetěz ztrácí kontakt se skalním podložím mezi údery – výsledné pružení tyče v rozsahu 40–60 Hz vyvolává ohybové napětí, které nelze kompenzovat pouze tepelným zpracováním. Je-li tlak příliš vysoký, dojde k zaklinění vrtáku, tyč přebírá plnou krouticí sílu při uzamčení a následuje rychlé poškození závitů.

Karbida pro kladivové vrtáky s výstupky: Výběr vhodné třídy karbidu podle tvrdosti horniny

Tři tvary výstupků pokrývají většinu aplikací pro kladivové vrtání: kulové, polobalistické a kuželové. Kulové výstupky jsou standardní volbou pro středně tvrdé až tvrdé horniny – poskytují dobrý odolnost proti opotřebení a předvídatelný interval broušení. Polobalistické výstupky umožňují rychlejší pronikání do měkčích nebo zlomených hornin. Kuželová geometrie soustřeďuje napětí pro nejtvrší a nejvíce abrazivní horniny, kde je rozhodující maximální síla rozbití horniny při každém úderu, nikoli životnost výstupků.

Třída karbidu je další proměnná. Gradientní třídy karbidu (např. GC81 od společnosti Sandvik) využívají složení, které se mění od odolnějšího jádra k tvrdší povrchové vrstvě – takže brousek odolává jak nárazovým lomům zevnitř, tak povrchovému opotřebení zvenčí. Samozakalovací třídy jde ještě dále: karbid se postupně zakaluje za působení nárazového zatížení, čímž se výrazně prodlouží první interval broušení při vrtání tvrdého žuly nebo křemičitku.

V praxi těžké vrtáky s vysoce kvalitním karbidem dosahují až dvojnásobné životnosti standardních vrtáků za vhodných podmínek horniny. Tento násobek platí pouze tehdy, je-li průměr vrtáku přizpůsoben otáčkám vrtacího stroje – karbid, který se otáčí rychleji, než vyžaduje úhlové převedení mezi jednotlivými nárazy, místo nové horniny opakovaně zasahuje stejnou opotřebenou stopu.

Výběr tyčí a vrtáků podle aplikace

Uvedené údaje o životnosti jsou orientační hodnoty z praxe pro kvalitní horninové podmínky při dodržení správných vrtacích parametrů. Prasklinové nebo jílové vrstvy mohou tyto hodnoty snížit o 30–50 % kvůli nerovnoměrnému kontaktu vrtáku s horninou a vnikání abrazivních částic do čela vrtáku.

Převodové adaptéry: Místo přenosu síly, které nikdo nedostatečně brzy nahradí

Převodový adaptér je umístěn mezi pístem a prvním vrtacím tyčí. Absorbuje přímý náraz pístu na stykovou plochu a zároveň přenáší točivý moment do řetězce vrtacích tyčí prostřednictvím drážek. Opotřebení drážek na převodovém adaptéru se neprojevuje zřejmými příznaky – adaptér stále sedí, vrták stále běží – avšak opotřebení drážek zvyšuje boční vůli, což způsobuje ohyb tyče a urychluje únavové poškození na prvním spoji.

U podzemních vrtacích strojů s vysokým počtem cyklů je obvykle nutné kontrolovat převodové adaptéry každých 500 hodin úderového provozu a vyměnit je před dosažením 1 000 hodin, bez ohledu na jejich vizuální stav. Provoz opotřebovaného převodového článku na COP 2238+ nebo Sandvik HL1560T je v podstatě placení nákladů na údržbu vyšší kategorie pro vrtací stroj, zatímco na druhém konci vrtacího řetězce dochází k ničení životnosti vrtacích tyčí.

Ztráta energie ve vrtacím řetězci a její náklady za metr

Každé spojení ve vrtacím řetězci představuje potenciální bod ztráty energie. Dobře sladěné a čisté závitové spojení přenáší úderové napěťové vlny s minimální odrazivostí. Opotřebované nebo nesladěné spojení část úderové napěťové vlny odrazí zpět do vrtacího stroje – což snižuje průnik na jeden úder a zvyšuje tepelné cyklování u těsnění pouzdra vrtacího stroje.

HOVOO dodává těsnicí sady pro kamenolomní vrtáky vyrobené podle tolerancí výrobců pro hlavní značky drifterů používaných s horními kladivovými tyčovými řetězci – patří sem modely Epiroc COP, Sandvik HL/RD a Furukawa. Pokud je plánována údržba tyčového řetězce, je vhodné synchronizovat kontrolu těsnění drifteru se stejným intervalem; stejná energie odražená od konce tyče, která zkracuje životnost tyčí, zvyšuje také cyklické namáhání těsnění nárazové komory. Úplné odkazy na modely najdete na stránce hovooseal.com.