Чрезмерная вибрация перфоратора: причины и способы её уменьшения

Стандартная реакция при обслуживании, когда перфоратор начинает вибрировать сильнее нормы, — это снижение давления удара. Иногда это помогает. Чаще же такой подход лишь маскирует симптом, оставляя без внимания истинную причину — изношенную направляющую втулку, разряженный аккумулятор или условие резонанса струны, — что приводит к дальнейшему ухудшению состояния корпуса и повышению уровня воздействия на оператора. Эта разница имеет значение, поскольку снижение энергии удара связано с реальными издержками: меньшая энергия на один удар означает большее количество ударов на погонный метр и замедление скорости проходки. Если вибрация имела механическое происхождение и её первопричина не была устранена, снижение давления удара лишь выигрывает время, но не решает никаких других задач.

Вибрация в гидравлической системе бурового молотка по своей природе является многочастотной и многокомпонентной. Ударная цепь генерирует основную ударную частоту; отражённая волновое напряжение от бурильной колонны возвращается к корпусу отбойного молотка с частотой, определяемой длиной колонны и скоростью звука в материале; вращающийся двигатель добавляет собственную гармонику; а система крепления — стрела, подающая балка и виброизоляторы — усиливает или ослабляет каждую из составляющих в зависимости от того, насколько её частота совпадает с резонансными частотами конструкции. Оператор, заметивший, что «буровой молоток вибрирует сильнее, чем раньше», наблюдает суммарный эффект всех этих факторов, а не отдельный, легко идентифицируемый источник.

Идентификация источника до устранения

Практическая диагностическая последовательность начинается с самого быстрого, а не самого сложного проверочного этапа. Сначала проверьте предварительный заряд аккумулятора: полностью сбросьте давление в системе, подключите манометр для контроля заряда и измерьте давление азота. Если показание превышает отклонение от нормы более чем на 10 %, выполните повторную зарядку и повторное тестирование до того, как приступать к диагностике других компонентов. При недостаточном давлении в аккумуляторе возникают колебания давления в ударной гидравлической цепи, что приводит к неравномерной нагрузке на поршень и характерному пилообразному вибрационному профилю в корпусе. Это также наиболее распространённая одиночная причина вибрационных неисправностей и самая дешёвая в устранении.

Если предварительное заряжание выполнено правильно, проверьте биение хвостовика направляющей втулки вручную при снятой системе давления. Приложите боковую силу к передней части хвостовика и ощутите наличие перемещения. Отсутствие ощутимого люфта — нормальное состояние новой или исправной направляющей втулки. Перемещение более 0,3 мм указывает на начальную стадию износа; более 0,4–0,5 мм — на предельный износ, требующий замены. Изношенная направляющая втулка вызывает вибрацию частотой 100 Гц — вдвое превышающую частоту ударов — вследствие боковых импульсов хвостовика при каждом обратном ходе, а также вторичного крутильного возбуждения в двигателе вращения, обусловленного передачей нагрузки от несоосного хвостовика через патронную сборку.

Четыре источника вибрации и способы их различения

Потеря предварительного заряда аккумулятора вызывает общее усиление вибрации, имеющей несколько нерегулярный характер, при этом на манометре наблюдается периодическая пульсация давления. Характер звука изменяется: ударный звук становится слегка неритмичным вместо равномерного. Характерный признак: если вибрация наиболее выражена в начале цикла бурения и стабилизируется спустя первые 3–5 секунд, это указывает на частичную работоспособность аккумулятора при пониженном значении предварительного заряда. Признаки полной разрядки проявляются в виде нерегулярного ударного звука уже с первого удара.

Износ направляющей втулки вызывает тонкую, быструю «дрожь», накладывающуюся на основной ритм ударов — её можно определить по более высокой частоте и концентрации в передней части корпуса и области патрона, а не в задней части корпуса. Операторы, ежедневно работающие с одним и тем же отбойным молотком, зачастую описывают это явление как «передний конец кажется расшатанным». Диагностическое подтверждение заключается в ручном боковом испытании хвостовика с одновременной оценкой характера ударного звука: при изношенной втулке наблюдается как ощутимый боковой люфт, так и несколько иной, менее чёткий ударный звук, обусловленный неточным ударом поршня.

Резонанс бурильной колонны вызывает вибрацию, наиболее интенсивную на определённых глубинах скважины: она появляется и усиливается при добавлении штанг, а затем может ослабнуть или изменить характер при добавлении следующей штанги. Физический механизм: по мере увеличения длины колонны основная резонансная частота системы штанг снижается в направлении частоты ударов. Когда эти частоты приближаются друг к другу, отражённая волновое напряжение от предыдущего удара возвращается к хвостовику в фазе с текущим исходящим ударом, усиливая цикл напряжений в корпусе вместо того, чтобы поглощаться им. Решение заключается в корректировке частоты ударов с помощью регулировочного пробки для смещения рабочей точки вдали от резонансного состояния — а не в изменении давления ударов.

Пустой ход вызывает резкое увеличение вибрации и отчётливое изменение звука при потере контакта бурового долота с породой — звук становится более резким, высокочастотным и значительно громче. Это самый разрушительный для оборудования источник вибрации, поскольку корпус инструмента поглощает всю энергию отскока без какого-либо поглощения её поверхностью породы. Автоматические системы остановки, обнаруживающие пустой ход в течение 200–500 мс посредством анализа давления, являются основной защитой на современных буровых установках (джамбо). Полевые измерения на гранитном карьере показали, что комплексные пассивные меры по снижению вибрации (изолированная рукоятка в сочетании с автоматически настраиваемым вибропоглотителем) позволили снизить вибрацию на кисти руки и предплечье с 34–41 м/с² до примерно 11,6 м/с² — однако эти меры действуют совместно с устранением механического источника вибрации, а не вместо него.

Диагностика вибрации и справочник решений

Конструкционное снижение вибрации: состояние изоляторов и креплений

Виброизолирующие крепления между отбойным молотком и подающей балкой представляют собой резинометаллические изоляторы, предназначенные для ослабления высокочастотных вибраций при одновременной передаче осевой подающей силы, необходимой для ударного действия. Резиновая смесь со временем твердеет под воздействием старения, циклов нагрева и загрязнения маслом: крепление, успешно прошедшее проверку в первый год эксплуатации, может стать на 40 % жёстче спустя три года без каких-либо видимых внешних изменений. Проверка: сожмите резиновую часть каждого крепления большим пальцем. Новые и исправные крепления заметно деформируются; затвердевшие крепления ощущаются почти как жёсткие. Жёсткие крепления передают высокочастотные вибрации непосредственно на конструкцию стрелы вместо их ослабления, что увеличивает усталостные повреждения в шарнирах и втулках стрелы.

Износ бумного соединения усугубляет проблему с монтажем. Износный корпус позволяет ручке стрелки микроосциллировать на частоте ударения, создавая циклическую нагрузку на штиф, которая в конечном итоге приводит к износу штифтов, структурному трещину в зоне сварки и воздействию вибрации оператора через монтаж Проверка прозрачности буши на каждом дрейфёрском сервисе, а не только на ежегодном сервисе джамбо, поймает это до того, как стоимость неисправности будет расколотой сваркой бум, а не заменой буши.

Состояние уплотнения напрямую влияет на вибрацию: обход ударного уплотнения, который уменьшает эффективную дифференциальную давление на поршне, производит более короткие, неполные циклы ходов при том же давлении, установленном примерителем. Неполные удары производят различную частоту вибрации субгармоническую от нормальной частоты ударных, которую опытные операторы иногда описывают как "пропавшие удары". Устройство - это набор для уплотнения ударных, а не регулировка параметров. HOVOO поставляет комплекты уплотнения для всех основных дрейфферских платформ в соединениях ПУ и HNBR. Полные ссылки на сайте hovooseal.com.