Jak postępować w przypadku zużytej tulei prowadzącej wiertła? Wymiana i regulacja

Zużyta wkładka prowadząca to jedna z tych awarii, która ujawnia się poprzez szereg innych problemów, zanim uda się zidentyfikować przyczynę pierwotną. Zaczyna się pękanie adaptera trzpienia w miejscu korzenia gwintu — inżynierowie obwiniają producenta adaptera. Spada prędkość przebijania w twardej skale — operatorzy zakładają, że należy dostosować ciśnienie podawania. Dźwięk uderzeniowy staje się nieregularny — personel konserwacyjny zmienia ciśnienie wstępne akumulatora. Wszystkie trzy objawy mogą mieć wspólną przyczynę: zużycie wkładki prowadzącej poza dopuszczalne odchyłki luzu, co powoduje boczne drgania adaptera trzpienia w cyklu uderzeniowym.

Kołnierz prowadzący znajduje się z przodu korpusu młota i zapewnia osiowe wyrównanie adaptera trzpienia względem otworu tłoka. Gdy luz między średnicą wewnętrzną kołnierza a średnicą zewnętrzną trzpienia przekracza dopuszczalne odchyłki projektowe, trzpień może ugiąć się poza oś podczas uderzeń. To ugięcie powoduje naprężenia zginające w trzpieniu dokładnie w miejscu, gdzie już występują maksymalne naprężenia skręcające i uderzeniowe — czyli w korzeniu gwintu. Pęknięcie następuje w sposób przewidywalny.

Rzeczywista funkcja kołnierza prowadzącego pod obciążeniem

Podczas uderzeń tłok uderza w czołową powierzchnię trzpienia z energią dochodzącą do kilkuset dżuli przy częstotliwości 30–65 Hz. Fala naprężenia rozchodzi się od trzpienia przez drążek wiertniczy aż do skały. Jednocześnie silnik obrotowy przekazuje moment obrotowy na trzpień poprzez zębatkę. Zadaniem kołnierza prowadzącego jest ograniczenie ruchu bocznego trzpienia przy jednoczesnym umożliwieniu swobodnego ruchu osiowego i obrotowego — czyli zapewnienie ciasnego luzu promieniowego bez ograniczenia ruchu osiowego.

W nowej instalacji luz między trzpieniem a rękawem prowadzącym wynosi zwykle 0,05–0,15 mm, w zależności od modelu driftera. Przy takim luźie boczne ugięcie trzpienia podczas uderzeń jest zaniedbywalne — trzpień porusza się wyłącznie wzdłuż osi i pozostaje na osi. Gdy zużycie zwiększy ten luz do 0,3–0,5 mm lub więcej, trzpień może ugiąć się o 0,2–0,4 mm poza oś przy każdym ruchu powrotnym. Przy częstotliwości 50 Hz oznacza to 3000 cykli ugięcia na minutę skoncentrowanych w obszarze korzenia gwintu, czyli dokładnie tam, gdzie powstają pęknięcia zmęczeniowe.

Wykrywanie zużycia przed wystąpieniem pęknięcia

Najwcześniejszym sygnałem jest zmiana dźwięku uderzeń — od ostrego, jednolitego trzasku do nieco bardziej stłumionego i mniej regularnego. Zmiana ta występuje, ponieważ tłoczek już nie uderza prostopadle w powierzchnię czołową trzpienia; niedoskonałość wywołana zużyciem rękawa prowadzącego powoduje lekkie przesunięcie punktu kontaktu w stronę brzegu, co zmienia sposób rozchodzenia się fali naprężeń. Większość operatorów nie zauważa tego sygnału dźwiękowego, ponieważ zmiana przebiega stopniowo.

Wiarygodniejszym wczesnym sprawdzaniem jest ręczny test drgania promieniowego na adapterze trzpienia. Po odciśnieniu driftera i umieszczeniu trzpienia w pozycji należy ręcznie przyłożyć siłę boczną do czoła trzpienia i sprawdzić obecność luzu. Nowe tuleje prowadzące wykazują praktycznie zerowe, nieodczuwalne przemieszczenie. Tuleja zbliżająca się do granicy wymiany umożliwia przemieszczenie o 0,3–0,5 mm, które jest wyraźnie odczuwalne bez użycia przyrządów pomiarowych. Powyżej tej wartości luzy są tak duże, że wibracje podczas wiercenia powodują widoczne drganie trzpienia.

Wzory uszkodzeń gwintu na adapterze trzpienia również wskazują na stan tulei prowadzących. Jednolite zużycie gwintu na całej obwodzie jest zjawiskiem normalnym. Niejednorodne zużycie skoncentrowane po jednej stronie gwintu — tam, gdzie trzpień silniej naciska na barkę pręta z powodu odkształcenia — wskazuje, że zużycie tulei prowadzącej już powoduje niewłaściwe pozycjonowanie.

Interwał inspekcji i kryteria wymiany

Tuleję prowadzącą należy sprawdzać przy każdej wymianie uszczelki uderzeniowej — zazwyczaj co 400–500 godzin. W przypadku bardzo abrazywnych utworzeń geologicznych lub gdy woda chłodząca zawierająca drobne cząstki skały powraca do obszaru przedniej głowicy, interwał ten należy skrócić do 300 godzin. Tuleja zużywa się szybciej, gdy zanieczyszczona woda chłodząca przepływa ciągle przez strefę styku trzpienia z tuleją.

Procedura wymiany: dopasowanie na odpowiednim poziomie

Wymiana tulei prowadzącej jest mechanicznie prosta, ale wymaga uwagi przy dopasowaniu. Nowa tuleja musi zostać wciskana do otworu przedniej obudowy aż do pełnej głębokości osadzenia — tuleja niecałkowicie osadzona pozostawia luz powietrzny, który powoduje ugięcie trzpienia w nieuwspartym odcinku między powierzchnią czołową tulei a barkiem obudowy. Tuleje montowane metodą wciskania zwykle wymagają siły montażowej w zakresie 5–15 kN; jeśli tuleja wsuwa się ręcznie, to otwór w obudowie jest zużyty poza dopuszczalne tolerancje i obudowa wymaga inspekcji.

Po zamontowaniu sprawdź, czy średnica wewnętrzna nowej tulei odpowiada średnicy zewnętrznej adaptera trzpienia z zachowaniem określonego luzu. Zmierz obie średnice za pomocą głębokościomierza i mikrometru, jeśli marka lub specyfikacja tulei różni się od tych stosowanych przy poprzedniej instalacji. Tuleja o nominalnie poprawnych wymiarach pochodząca od innego producenta może być wykonana z nieco inną dokładnością tolerancji – zbyt małą (powodującą zakleszczenie trzpienia podczas obrotu) lub zbyt dużą (powtarzającą problem nadmiernego luzu, który spowodował konieczność wymiany).

Połączenie uszczelnienia: Dlaczego zużycie tulei prowadzącej wpływa na uszczelnienia uderzeniowe

Zbyt duże boczne przemieszczanie się trzpienia z powodu zużytej tulei prowadzącej powoduje uszkodzenia wtórne uszczelek czołowych uderzeniowych. Uszczelka wycieraczka obwodu uderzeniowego oraz uszczelki tulei prowadzącej są zaprojektowane tak, aby utrzymywać kontakt z powierzchnią czołową trzpienia pod obciążeniem osiowym. Gdy trzpień odchyla się bocznie podczas działania uderzeniowego, uszczelki te podlegają obciążeniu poza osią – krawędź uszczelki styka się z trzpieniem pod kątem, co powoduje skoncentrowanie zużycia po jednej stronie krawędzi. Skutkiem jest asymetryczne zużycie powierzchni uszczelniającej, które prowadzi do przecieków przez przepływ omijający zanim uszczelka osiągnie pełny okres swojej projektowej trwałości.

Strony, na których stwierdzono uszkodzenie uszczelek uderzeniowych po 200–250 godzinach pracy, mimo że określony interwał ich wymiany wynosi 400–500 godzin, powinny sprawdzić luz pomiędzy tuleją prowadzącą a wałkiem przed założeniem, że przyczyną problemu jest niska jakość uszczelek. HOVOO dostarcza uszczelek do tulei prowadzących oraz zestawów uszczelek przednich do głównych modeli wiertnic udarowych, a także zestawów części udarowych — jednoczesne zamówienie zarówno uszczelek udarowych, jak i tulei prowadzących ułatwia planowanie serwisu i eliminuje powszechne błędy polegające na wymianie wyłącznie uszczelek udarowych przy pozostawieniu zużytej tulei prowadzącej. Odniesienia do modeli dostępne są na stronie hovooseal.com.