Jak dobrać nośność wiertarki do koparki? Prawidłowe dopasowanie

Intuicja, że większy wiertnik na większym koparce zawsze oznacza wyższą produktywność, jest błędna – i to w sposób konkretny oraz kosztowny. Zbyt duży wiertnik pobiera więcej przepływu oleju hydraulicznego, niż zaprojektowano do dostarczania obwód pomocniczy nośnika, co zmusza silnik koparki do pracy przy wyższym obciążeniu podczas każdego cyklu wiercenia. Wzrasta zużycie paliwa. Olej hydrauliczny nagrzewa się w wyższej temperaturze. Pompa pomocnicza nośnika pracuje poza strefą swojej nominalnej sprawności, skracając tym samym okres jej eksploatacji. Sam zaś wiertnik – otrzymując niewystarczający przepływ przy minimalnym ciśnieniu roboczym udarowca – nie zapewnia energii uderzeniowej określonej w jego specyfikacji.

Zasada stosunku wagowego 10–15% jest punktem wyjścia do doboru osprzętu wiertniczego do koparek: łączna masa wiertła i systemu podawania powinna wynosić od 10% do 15% masy roboczej maszyny nośnej. Koparkę o masie roboczej 20 ton należy połączyć z osprzętem wiertniczym o masie w zakresie 2 000–3 000 kg. Poza masą zgodność przepływu oleju hydraulicznego oraz odporność na ciśnienie zwrotne decydują o tym, czy dana kombinacja rzeczywiście sprawdza się w warunkach terenowych.

Dlaczego stosunek wagowy to podstawa, a nie cała odpowiedź

Zasada 10–15% dotyczy zgodności konstrukcyjnej: cylindry podnośnika, sworznie zawiasu ramy roboczej oraz przeciwwaga podstawy są wymiarowane na obciążenia mieszczące się w tym zakresie. Przyrząd o masie znacznie przekraczającej 15% masy podstawy powoduje niestabilność z przesunięciem masy na przód podczas przemieszczania, przeciąża wkładki zawiasu podnośnika podczas pozycjonowania oraz generuje nadmierną transmisję drgań do ramy podstawy podczas pracy udarowej. W dłuższej perspektywie prowadzi to do pęknięć spoin w miejscu połączenia ramy roboczej z podstawą oraz zużycia uszczelek cylindrów podnośnika — uszkodzeń, które gromadzą się niezauważalnie, aż do momentu przeprowadzenia inspekcji terenowej, która je ujawni.

Jednak sama waga nie mówi, czy układ hydrauliczny jest w stanie faktycznie zasilać wiertnicę. Koparka o masie 20 ton z obwodem młota dostarczającym 80 l/min przy ciśnieniu 150 bar ma zasadniczo inną zdolność wiercenia niż koparka dostarczająca 160 l/min przy ciśnieniu 200 bar, nawet przy tej samej masie maszyny. W przypadku osprzętu wiertnic do skał – który jest bardziej wymagający hydraulicznie niż młoty uderzeniowe – rzeczywista moc uderzeniowa wiertnicy zależy od przepływu i ciśnienia roboczego, jakie rzeczywiście dostarcza maszyna nośna na obwodzie pomocniczym, niezależnie od danych technicznych podanych w specyfikacji osprzętu.

Poprawne odczytywanie specyfikacji zgodności hydraulicznej

Każdy producent przyczep do wiertnic publikuje minimalne i maksymalne wymagania dotyczące przepływu hydraulicznego (l/min) oraz ciśnienia roboczego (bar). Przyczepa będzie działać poprawnie wyłącznie w ramach tego zakresu; poza nim uderzenia będą zbyt słabe (przy przepływie poniżej wartości minimalnej) lub układ hydrauliczny będzie się przegrzewał, a uszczelki ulegną uszkodzeniu (przy przepływie powyżej wartości maksymalnej). Istotnym parametrem technicznym maszyny nośnej jest przepływ w obwodzie pomocniczym przy nominalnych obrotach silnika — nie chodzi o główny obwód hydrauliczny ani o ciśnienie odprowadzania układu hydraulicznego, lecz konkretnie o wydajność obwodu pomocniczego dla młota przy obrotach roboczych.

Ciśnienie zwrotne w przewodzie zwrotnym jest czynnikiem dopasowania, który większość nabywców pomija. Każdy dodatkowy metr węża hydraulicznego, każdy złącza, każda zawór rozdzielający zwiększa opór przepływu zwrotnego. Przykład: osprzęt wiertniczy określony jako „maksymalne ciśnienie zwrotne 30 bar” będzie miał skrócony skok zwrotny tłoczka uderzeniowego, jeśli rzeczywiste ciśnienie zwrotne w przewodzie wynosi 35–40 bar. Tłoczek nie wykonuje pełnego skoku zwrotnego, a kolejny skok roboczy rozpoczyna się z krótszej pozycji, co powoduje spadek energii uderzenia na pojedyncze uderzenie. Sprawdzenie ciśnienia zwrotnego za pomocą manometru podłączonego do portu zwrotnego osprzętu — a nie tylko pomiar ciśnienia w obwodzie zasilania — pozwala potwierdzić, czy ten czynnik wpływa na wydajność konkretnego nośnika.

Dopasowanie osprzętu wiertniczego według klasy tonażowej koparki

Zakresy te są orientacyjne i dotyczą konkretnie przyczepek wiertniczych z uderzeniem od góry. Łamacze udarowe, głowice obrotowe oraz przyczepki DTH mają inne zależności między masą a przepływem. Wiertnica DTH pobierająca 200 L/min na koparko-ładowarce o ładowności 22 t przekroczy w większości przypadków zdolność hydrauliczną podstawy; ta sama koparko-ładowarka może jednak bez problemu obsługiwać przyczepkę wiertniczą z uderzeniem od góry o mocy 12–16 kW, o ile parametry przepływu są zgodne.

Problem strzału na sucho i dlaczego szybko niszczy niezgodne zestawienia

'Strzelanie na sucho' — uderzenia bez kontaktu wiertła z powierzchnią skały — to najszybszy sposób uszkodzenia osprzętu wiertniczego zamontowanego na za małym nośniku. Gdy wiertło przebija powierzchnię skały lub operator pozycjonuje urządzenie między otworami, obwód uderzeniowy nadal jest pod ciśnieniem, jeśli operator nie wyłączy go ręcznie. Brak oporu ze strony skały powoduje zbyt szybkie powrót tłoczka uderzeniowego, nadmierne rozładowanie akumulatora oraz wystąpienie szczytów ciśnienia w układzie hydraulicznym przekraczających ustawienie zaworu bezpieczeństwa obwodu nośnika.

W przypadku prawidłowo dobranego nośnika zawór bezpieczeństwa radzi sobie z takimi szczytami ciśnienia w granicach swojej projektowej wytrzymałości. W przypadku za małego nośnika, którego pompa hydrauliczna pracuje już na granicy swoich możliwości, aby zasilać wiertnicę, te szczyty powodują przeciążenie układu. Nowoczesne, wysokiej klasy osprzęty wiertnicze są wyposażone w systemy automatycznego zatrzymania, które wykrywają 'strzelanie na sucho' i wyłącza się w ciągu milisekund — jednak tanie modele takich systemów nie posiadają, a właśnie w nich kryje się przyczyna uszkodzeń uszczelek hydraulicznych nośnika spowodowanych nadciśnieniem.

Dobór średnicy węży hydraulicznych i układu obwodu dla przyczep do wiertnic

Węże hydrauliczne pomiędzy nośnikiem a przyczepą wiertniczą są częścią równania dopasowania. Węże o zbyt małej średnicy — zwykle starsze węże przeznaczone pierwotnie do młotów, które zostały ponownie wykorzystane dla przyczepy wiertniczej — mają mniejszy przekrój wewnętrzny, co powoduje wzrost prędkości przepływu i spadek ciśnienia. Jeśli spadek ciśnienia w wężu zasilającym drifter wynosi 20 bar przy wymaganym natężeniu przepływu, to drifter otrzymuje o 20 bar mniej niż zapewnia obwód nośnika. Dla obwodu uderzeniowego określonego jako minimalne 180 bar, nośnik dostarczający 190 bar przez węże o zbyt małej średnicy skutecznie dostarcza do driftera jedynie 170 bar — czyli mniej niż minimalne ciśnienie robocze.

Średnicę wewnętrzną węża należy określić tak, aby spadek ciśnienia w linii zasilającej nie przekraczał 5 barów przy maksymalnym wymaganym przepływie. Linie powrotne powinny mieć jednakową średnicę — ciśnienie zwrotne jest zjawiskiem występującym w linii powrotnej, a za mała średnica węży powrotnych jest najczęstszą przyczyną niespełniającej oczekiwań wydajności uderzeniowej przy w przeciwnym razie prawidłowo dobranym zestawie nośnik–wiertarka.

Zestaw uszczelek jako część decyzji dotyczącej doboru

Poprawny dobór mocy (tonażu) chroni nośnik i przyczepną wiertarkę przed przeciążeniem konstrukcyjnym i hydraulicznym. Ma również wpływ na łańcuch dostaw części zużywalnych: przyczepna wiertarka działająca poprawnie na swoim nośniku charakteryzuje się przewidywalnym zużyciem uszczelek w odstępach czasu zaprojektowanych przez producenta. Wiertarka, której nośnik zapewnia jedynie minimalnie niewystarczające zasilanie, pracuje w podwyższonej temperaturze, wykonuje cykle wolniej oraz generuje niestabilną pracę uderzeniową — co prowadzi do nieregularnego obciążenia uszczelek i nieprzewidywalnych interwałów ich wymiany, utrudniając zarządzanie zapasami.

HOVOO dostarcza zestawów uszczelnień dla głównych marek drifterów wiertniczych stosowanych w konfiguracjach przyczep do koparek — Epiroc, Sandvik, Furukawa, Montabert — w wersjach z poliuretanu (PU) i hydronitrylu butadienu (HNBR). Ustalenie relacji dostawczej dotyczącej zestawów uszczelnień już na etapie specyfikacji przyczepy wiertniczej eliminuje jedną zmienną operacyjną z decyzji dotyczącej dopasowania nośnika do wiertnicy. Pełne oznaczenia modeli dostępne na stronie hovooseal.com.