Интегрированный гидравлический горный перфоратор: компактная конструкция и стабильное бурение

Инженерное обоснование использования интегрированного гидравлического горного перфоратора заключается не в сокращении количества деталей, а в сокращении количества стыковых поверхностей. Каждое болтовое соединение между модулем ударного механизма и корпусной секцией представляет собой потенциальный путь утечки, потенциальную точку ослабления при вибрации, а также накопление допусков, влияющее на соосность поршня, хвостовика и бурового штанги. Хорошо спроектированный интегрированный корпус полностью исключает такие соединения, обеспечивая фиксированное расположение всей ударной геометрии в одном обработанном корпусе.

Такая жесткость обеспечивает преимущество в стабильности, характерное для интегрированных конструкций. Когда поршень, распределительный клапан и вращательный двигатель размещены в одном корпусе без промежуточных фланцев, взаимное положение переходника хвостовика и цилиндрического отверстия поршня остается неизменным во всем диапазоне частот ударного воздействия. Именно эта стабильность делает интегрированные отбойные молотки стандартным выбором для проходческих комбайнов с одной стрелой и компактных подземных установок, где прямолинейность скважины и точность расположения устья имеют такое же значение, как и скорость проходки.

Что означает компактная конструкция для геометрии стрелы

Интегрированный отбойный молоток имеет меньшую общую длину и меньший вес по сравнению с раздельной конструкцией эквивалентной мощности — поскольку элементы соединения, дополнительные уплотнительные поверхности и соединительные элементы между модулями увеличивают массу, не добавляя ударной мощности. На проходческом комбайне с одной стрелой, предназначенном для проходки поперечного сечения площадью 7–12 м², длина отбойного молотка напрямую ограничивает минимальное расстояние, на которое буровое долото может приблизиться к стенам тоннеля и своду.

Например, буровая установка Sandvik RD520 специально разработана для бурения в непосредственной близости от стен при проходке выработок с использованием проходческих комбайнов. Её компактный интегрированный корпус позволяет стреле точно позиционировать буровое долото в пределах контура, требуемого схемой взрывания, без необходимости обеспечивать дополнительный вылет подающей балки для компенсации длины соединений модулей. В выработке размером 4 м × 3,5 м избыточная длина бурового аппарата на 15 см — это не косметический недостаток, а ошибка позиционирования, вследствие которой скважина не попадает в заданную точку устья.

Компактные интегрированные конструкции также упрощают прокладку гидравлических магистралей. В конструкции с разделёнными модулями между каждым модулем — ударным, вращательным и промывочным — требуются гибкие шланги, проложенные вдоль корпуса; они увеличивают общий вес и создают дополнительные потенциальные точки отказа. В интегрированном корпусе внутренние каналы выполнены непосредственно в литой детали картера, что полностью исключает необходимость внешней прокладки шлангов в большинстве моделей.

Устойчивость при ударном бурении в твёрдых породах: аргумент «стык-лицевая поверхность»

Ударное бурение с частотой 45–65 Гц передаёт циклические волны растягивающих и сжимающих напряжений через корпус отбойного механизма. На каждой стыковой поверхности в конструкции с разъёмным корпусом часть этой волны отражается, а не проходит через стык без потерь. Амплитуда отражения зависит от несоответствия акустических импедансов на стыке, которое определяется контактным давлением и состоянием поверхностей. Болт, ослабляющийся на 0,05 мм при термоциклировании, измеримо изменяет это несоответствие импедансов — эффективность ударного воздействия снижается ещё до появления каких-либо внешних признаков неисправности.

Интегральные корпуса не имеют стыковых поверхностей в средней части корпуса. Волна напряжения проходит через единый материал — от конца аккумулятора до патрона хвостовика — без разрывов импеданса. Отчасти поэтому интегральные конструкции доминируют в тоннельных буровых установках (джамбо), где бур работает тысячи часов в условиях абразивных твёрдых пород: ударная цепь сохраняет стабильные характеристики на протяжении всего межсервисного интервала, а не только в первые несколько сотен часов после повторной сборки модуля.

Сравнение интегрированного дизайна по классам применения

Доофор DF538L-BLTG заслуживает внимания как пример того, как компактная интегрированная конструкция обеспечивает многозадачность на строительных площадках. Устройство в виде единого блока поддерживает клиновое бурение, бурение шпуров и установку анкеров без замены отбойного молотка — компактный корпус вместил гидравлические контуры для каждой из этих функций в одном корпусе. Раздельная конструкция, стремящаяся достичь той же многофункциональности, добавила бы соединительные узлы модулей на каждой функциональной границе.

Реальность технического обслуживания интегрированных отбойных молотков: компромисс

Интегрированные конструкции действительно имеют одно существенное преимущество по сравнению с раздельными корпусами: при выходе из строя компонента, расположенного глубоко внутри корпуса, обычно требуется отправка всего узла в сервисный центр, а не замена только неисправного модуля непосредственно на месте. Для предприятий с хорошим доступом к мастерским и надёжной логистикой такая ситуация вполне управляема. Однако для удалённых объектов, работающих круглосуточно без резервного бурового станка, это представляет собой более серьёзное ограничение.

На хорошо организованных предприятиях в ответ на это практикуется хранение полного запасного бурового станка вместо отдельных запасных модулей. Интегрированный узел демонтируется с вышки, а на его место устанавливается запасной станок; техническое обслуживание выполняется по заранее составленному графику, а не в аварийном порядке. Общая стоимость запасных частей примерно соответствует стоимости набора запасных модулей для раздельной конструкции; отличается лишь операционная модель.

Техническое обслуживание уплотнений осуществляется по той же логике. Уплотнение ударного поршня, уплотнение промывочной коробки и уплотнения вращательного двигателя заменяются в виде комплекта на регламентном ТО — обычно через каждые 400–500 часов ударной работы в условиях твёрдых горных пород. Компания HOVOO поставляет полные интегрированные комплекты уплотнений для отбойных молотов основных моделей в категориях буровых установок для забойного бурения и компактных джамбо-установок; доступны варианты с эластомерами на основе полиуретана (PU) и гидрогенизированного нитрильного каучука (HNBR), подобранные в соответствии с типом горной породы и диапазоном рабочих температур. Полный перечень обозначений моделей представлен на сайте hovooseal.com.