Jak utrzymywać system smarowania wiertarki? Zapobieganie zaklinowaniu i zużyciu

Hydrauliczne wiertniki do skał mają dwa odrębne systemy smarowania, które często są mylone ze sobą, a konserwacja tylko jednego z nich przy zaniedbaniu drugiego jest częstą przyczyną przedwczesnego uszkodzenia wiertnika. Pierwszym z nich jest obwód hydrauliczny – olej pod wysokim ciśnieniem napędzający funkcje uderzeniowe, obrotowe i posuwowe smaruje również otwór tłoka, blok zaworów oraz przekładnię obrotową poprzez zaprojektowane luzy i obwody odpływowe. Drugim jest system smarowania trzpienia – niezależny, oddzielny obwód dostarczający oleju lub mgiełki olejowej specjalnie do adaptera trzpienia, tulei prowadzącej oraz połączeń zębatych, w których adapter trzpienia styka się z napędem obrotowym.

Jednostki obrotowe bez smarowania trzpienia ulegają szybkiemu uszkodzeniu. Kontakt między zębami trzpienia a zębami napędu przenosi jednocześnie moment obrotowy oraz obciążenia wynikające z uderzeń w zakresie częstotliwości 30–65 Hz. Brak odpowiedniego smarowania na tym styku powoduje przy obciążeniach metaliczny kontakt bezpośrednio między powierzchniami, co prowadzi do zużycia drgawego (fretting), zaciekania (galling) i ostatecznie do uszkodzenia zębów, wymagającego wymiany zarówno trzpienia, jak i elementów głowicy obrotowej. Jest to awaria zapobiegawcza, ale jej uniknięcie wymaga zrozumienia, czym jest obwód smarowania trzpienia, gdzie dopływa do niego smar oraz jakie skutki ma jego przerwanie.

Zasada działania obwodu smarowania trzpienia

Większość hydraulicznych wiertnic obrotowo-udarowych zapewnia smarowanie trzpienia jednym z dwóch sposobów. Tradycyjne podejście wykorzystuje sprężone powietrze z pomocniczego obwodu powietrznego maszyny nośnej lub małego, dedykowanego kompresora w celu rozpylenia oleju do wiertnic skalnych na mgiełkę i wprowadzenia jej do obudowy trzpienia przez kalibrowane otwory. Mgiełka oleju pokrywa powierzchnie zębów piasty oraz otwór w gniazdzie prowadzącym cienką warstwą smaru przy każdym cyklu uderzeniowym. Systemy firmy Atlas Copco/Epiroc oraz Sandvik stosowały tradycyjnie tę metodę, przy czym zużycie oleju do smarowania trzpienia wynosiło w zależności od modelu wiertnicy obrotowo-udarowej od 600 do 1200 g/godz.

System cyrkulacyjnej smarowania trzpienia (CSL) wprowadzony przez firmę Sandvik w modelach takich jak RD1635CF i HL1560T stosuje odmienną metodę: kieruje odfiltrowane oleje hydrauliczne z obwodu silnika obrotowego przez korpus trzpienia, smaruje powierzchnie styku i zwraca zużyty olej do systemu hydraulicznego w celu odfiltrowania i ponownego użycia, zamiast go odprowadzać. System CSL zmniejsza zużycie oleju do smarowania trzpienia nawet o 70% w porównaniu do tradycyjnych systemów mgiełkowych oraz eliminuje konieczność stosowania oddzielnego zbiornika oleju do smarowania trzpienia na wiertnicy. Zamknięta architektura układu zapobiega również przenoszeniu przez olej smarujący zanieczyszczeń pochodzących z wody płuczącej z powrotem do korpusu wiertnicy – czego mogą dokonywać tradycyjne systemy mgiełkowe przy zmianie orientacji wiertnicy.

Skutki niewłaściwego smarowania trzpienia

Niewystarczające smarowanie trzpienia powoduje charakterystyczną sekwencję uszkodzeń. Etap pierwszy: wzrost momentu obrotowego wskutek zwiększenia się tarcia między zębami piasty a napędem. Objawia się to wyższymi niż normalne odczytami ciśnienia obrotowego na manometrze, które operatorzy często przypisują twardości formacji, a nie problemowi z smarowaniem. Etap drugi: zużycie drgające (fretting) na powierzchniach styku zębów prowadzi do powstawania drobnych cząstek metalu, które przenikają w luz pomiędzy prowadnicą a tuleją kierującą i zwiększają luzy boczne trzpienia — co przyspiesza zużycie tulei kierującej, jak opisano osobno. Etap trzeci: przyklejanie się (galling) na powierzchni styku zębów powoduje przeniesienie materiału przez adhezję między powierzchnią trzpienia a powierzchnią napędu; materiał ten pęka następnie pod wpływem jednoczesnego obciążenia uderzeniowego i momentu obrotowego, co inicjuje powstawanie pęknięć u podstawy zębów.

Czas od pierwszego zmniejszenia smarowania do widocznych uszkodzeń zębów zależy od częstotliwości uderzeń i twardości utworu. W twardej granitowej skałie przy pełnej częstotliwości uderzeń ten proces może wystąpić już po 50–100 godzinach uderzeń przy niewystarczającym smarowaniu trzpienia. W miększych utworach przy częściowym ciśnieniu uderzeniowym może to potrwać nawet 200 godzin. W obu przypadkach jest to wyraźnie krótszy czas niż zaprojektowany okres eksploatacji wiertarki udarowej.

Szybkość smarowania i specyfikacja oleju w zależności od typu wiertarki udarowej

Specyfikacja oleju ma znaczenie poza jego lepkością. Oleje do trzpieni wiertniczych muszą zawierać dodatki tworzące warstwę ochronną, które pozostają skuteczne pod wpływem obciążeń uderzeniowych — chwilowe ciśnienia kontaktowe na powierzchni zębów wałka w miejscu uderzenia tłoka są o wiele wyższe niż ciśnienie statyczne. Uniwersalne oleje hydrauliczne nie zapewniają wystarczającej ochrony EP (ekstremalnego ciśnienia) w tym zastosowaniu. Specjalistyczne oleje do wiertnic zawierają substancje przyklejające (tackifikatory), które pomagają warstwie oleju przyczepiać się do powierzchni metalowych między uderzeniami, a nie odpadać pod wpływem siły odśrodkowej podczas obrotu.

Odpływ z obudowy obrotowej: czynność konserwacyjna, którą najczęściej pomijają placówki

Wiertniki hydrauliczne mają otwór odprowadzający w obudowie silnika obrotowego, który umożliwia usuwanie zużytego oleju smarującego, zanieczyszczeń pyłem skalnym oraz skroplin ze strefy trzpienia. Jeśli ten otwór jest zablokowany — przez nagromadzone pozostałości, załamanie się przewodu odprowadzającego lub po prostu brak ponownego podłączenia przewodu po serwisie — zużyty olej gromadzi się w obudowie. Zanieczyszczony olej przenika następnie do komory uderzeniowej przez luz pomiędzy tuleją prowadzącą a wałkiem, mieszając się tam z hydraulicznym płynem uderzeniowym. Powstała zanieczyszczenie przyspiesza zużycie uszczelek uderzeniowych oraz powierzchni cylindra tłoka jednocześnie.

Sprawdzenie przewodu odprowadzającego przy każdej interwencji serwisowej — weryfikacja przepływu, potwierdzenie, że przewód nie jest zgnieciony ani zablokowany, oraz zapewnienie, że jego końcówka znajduje się w miejscu oddalonym od korpusu wiertarki, gdzie olej może swobodnie spływać — trwa mniej niż pięć minut. Zapobiega to przekształceniu się obudowy silnika obrotowego w źródło zanieczyszczeń, które niszczy elementy układu uderzeniowego w kolejnym cyklu serwisowym.

Konserwacja oleju hydraulicznego: Druga połowa systemu

Olej w obwodzie uderzeniowym nie wymaga oddzielnych dodatków smarujących — sam olej hydrauliczny zapewnia warstwę hydrodynamiczną dla gniazda tłoka, zaworów w bloku zaworów oraz silnika obrotowego. Co jest niezbędne, to czystość. Zanieczyszczony olej hydrauliczny jest główną przyczyną zużycia zaworów uderzeniowych, ścierania uszczelek tulei prowadzących oraz zadzierania silnika obrotowego. Docelowym stopniem czystości oleju w obwodzie uderzeniowym zgodnie z normą ISO jest kod 16/14/11; systemy pracujące przy wyższym stopniu zanieczyszczenia przyspieszają zużycie wszystkich precyzyjnych luzów w urządzeniu wiertniczym jednocześnie.

Wymiana oleju w odstępach zalecanych przez producenta oraz natychmiastowa wymiana po każdej awarii komponentu, która mogła spowodować wprowadzenie cząstek metalicznych, stanowi główną czynność konserwacyjną układu hydraulicznego. HOVOO dostarcza zestawy uszczelek do wszystkich głównych modeli drifterów; planując wymianę oleju, należy ją zsynchronizować z harmonogramem kontroli zestawów uszczelek, aby jedno wtargnięcie do obwodu hydraulicznego w ramach jednej czynności konserwacyjnej nie wymagało osobnego wtargnięcia trzy tygodnie później w celu wykonania drugiej czynności. Pełne oznaczenia modeli dostępne na stronie hovooseal.com.