Vŕtací tyč a vŕtací vrták: odolné voči opotrebovaniu, výrazne predĺžia životnosť

Hydraulický kameňolomný vŕtač sám o sebe zriedka spôsobuje, že projekt začne „kŕviť peniaze“. To robia spotrebné materiály. Vŕtacie tyče a vŕtacie hlavy sa menia výrazne častejšie ako vŕtačka, ku ktorej sú pripojené, a pri výrobnej vŕtaní – keď jediný dlhý vŕtací stroj môže mesačne prejsť desiatkami sérií tyčí – nesprávna voľba materiálu sa predraží na významnú sumu za meter, ešte kým si to niekto všimne.

Únavové poškodenie závitov, opotrebovanie vŕtacích guľôčok a ohýbanie tyčí spôsobené nesprávnou rýchlosťou rotácie sú tri režimy poruchy, ktoré sa opakovane vyskytujú na miestach, kde sa spotrebné materiály objednávajú výhradne podľa ceny. Tento článok sa zaoberá tým, čo skutočne ovplyvňuje životnosť týchto komponentov, a ako správne zhodnotiť špecifikácie vŕtacích tyčí a hláv s vŕtačkou a geologickým prostredím, v ktorom budú používané.

Prečo sa vŕtacie tyče porúšajú skôr, než by mali

Vrtákové tyče prenášajú súčasne dva typy zaťaženia: rázovú napäťovú vlnu, ktorá sa šíri od závitu ku vrtáku, a rotačný krútiaci moment, ktorý skrúca tyč, keď vrták drhá po povrchu. Tieto napätia nie sú kompatibilné. Rázové zaťaženie je tlakové a má vysokú frekvenciu; krútiaci moment je krútiaci a trvalý. Tyč musí odolať obom zaťaženiam bez únavy v závitových spojoch, kde sa v skutočnosti väčšina porúch začína.

Asymetrické závitové konštrukcie – pri ktorých nosná a závesná strana závitu majú rozdielne geometrie – zvyšujú tuhosť spoja pri rázovom zaťažení, pričom stále umožňujú čisté utiahnutie a uvoľnenie. Výrobcovia vysokej kvality tyčí navrhujú profil závitu špeciálne pre túto dvojnásobnú zaťažovaciu podmienku. Použitie ocele zliatiny 23CrNiMo alebo podobnej zliatiny poskytuje dostatočnú húževnatosť na absorpciu cyklického rázového zaťaženia a zároveň odoláva povrchovej únavy, ktorá sa začína ako zálievanie na stykových plochách závitu.

Nesprávny tlak pohonnej sily je skrytým zrýchlovačom porúch vŕtacej tyče. Ak je tlačná sila príliš nízka, vŕtacia súprava stratí kontakt so skalou medzi údermi – výsledné kmitanie tyče v rozsahu 40–60 Hz spôsobuje ohybové napätie, ktoré už samotné tepelné spracovanie nedokáže kompenzovať. Ak je tlak príliš vysoký, vŕtací kotúč sa zasekne, tyč prevezme celé krútiace zaťaženie pri úplnom zablokovaní a následne rýchlo dôjde k vyškrabaniu závitov.

Vŕtacie hlavičky s karbidovými guľôčkami: Tu tvrdosť horniny určuje vhodnú triedu materiálu

Tri tvary guľôčok pokrývajú väčšinu aplikácií vŕtania top-hammer: guľové, polobalistické a kužeľové. Guľové guľôčky sú štandardným riešením pre stredne tvrdé až tvrdé horniny – poskytujú dobrú odolnosť proti opotrebovaniu a predvídateľný interval prebrúsenia. Polobalistické guľôčky umožňujú rýchlejšie vŕtanie v mäkších alebo zlomených horninách. Kužeľový tvar koncentruje napätie pre najtvrdšie a najabrazívnejšie horniny, kde je rozhodujúca maximálna sila na rozbitie horniny pri každom údere, nie životnosť guľôčky.

Značka karbidu je ďalšou premennou. Gradientné značky karbidu (ako napríklad GC81 od spoločnosti Sandvik) využívajú zloženie, ktoré sa postupne mení od odolnejšieho jadra k tvrdšej povrchovej vrstve – takže guľôčka odoláva jednak nárazovým prasklinám zvnútra, jednak povrchovej opotrebovanosti zvonku. Samozakaliacich sa značiek ide ešte ďalej: karbid sa postupne zakaluje pod vplyvom nárazového zaťaženia, čo významne predĺži prvý interval brúsenia pri vŕtaní tvrdého žuly alebo kvarcitu.

V praxi ťažké vrtáky s vysokokvalitným karbidom dosahujú až dvojnásobnú životnosť v porovnaní so štandardnými vrtákmi v príslušných horninových podmienkach. Tento násobok platí len vtedy, keď je priemer vrtáku prispôsobený otáčkam vŕtacej strojní – ak sa karbid otáča rýchlejšie, než vyžaduje uhol pre obnovu nárazu na každý jednotlivý úder, dochádza k opätovnému nárazu na rovnakú opotrebovanú stopu namiesto na čerstvú horninu.

Výber tyčí a vrtákov podľa aplikácie

Uvedené údaje o životnosti sú orientačné hodnoty z praxe pre kvalitné horninové podmienky pri dodržaní správnych vrtacích parametrov. Trhlinovité alebo ílovými vrstvami kontaminované horniny môžu tieto rozsahy znížiť o 30–50 % v dôsledku nepravidelného kontaktu vrtáka s horninou a vnikania abrazívnych častíc do čelnej plochy vrtáka.

Adaptér držiaka: Miesto prenosu, ktoré nikto nedostatočne skoro nemení

Adaptér držiaka je umiestnený medzi piestom a prvým vrtacím tyčou. Absorbuje priamy náraz piesta na kontaktnej ploche a zároveň prenáša krútiaci moment do reťazca vrtacích tyčí prostredníctvom drážok. Opotrebovanie drážok adaptéra držiaka sa neprejavuje zjavnými príznakmi – adaptér stále sedí správne a vŕtacia strojka stále funguje – avšak opotrebovanie drážok zvyšuje bočný posun, čo spôsobuje ohyb tyče a zrýchľuje únavové poškodenie na prvej spojke.

Pri podzemných vrtacích strojoch s vysokým počtom cyklov sa obvykle vyžaduje kontrola držiakov vrtákov každých 500 hodín úderov a ich výmena pred dosiahnutím 1 000 hodín, bez ohľadu na ich vizuálny stav. Prevádzka opotrebovaného držiaka na COP 2238+ alebo Sandvik HL1560T je v podstate platenie prémiových nákladov na údržbu vrtacej hlavy pri súčasnom znižovaní životnosti vrtacích tyčí na opačnom konci vrtacej sady.

Strata energie vo vrtacej sade a jej náklady za meter

Každé spojenie vo vrtacej sade predstavuje potenciálne miesto straty energie. Dobrá, čistá závitová spojka s vhodným prispôsobením prenáša úderové napäťové vlny s minimálnou odrazivosťou. Opotrebovaná alebo nesprávne prispôsobená spojka odrazí časť napäťovej vlny späť do vrtacej hlavy – čím sa zníži hĺbka vŕtania na jeden úder a zvýši sa tepelné cyklenie tesniacich prvkov v skrini vrtacej hlavy.

HOVOO dodáva tesniace súpravy pre kameňolomné vŕtačky, ktoré sú vyrobené podľa výrobkových tolerancií OEM pre hlavné značky drifterov používajúcich tyčové reťazce s horným kladivom – vrátane modelov Epiroc COP, Sandvik HL/RD a Furukawa. Keď je naplánovaná údržba tyčového reťazca, odporúča sa vykonať kontrolu tesnení driftera v rovnakom intervale; rovnaká energia odrazená od konca tyče, ktorá skracuje životnosť tyče, tiež zvyšuje cyklické zaťaženie tesnení nárazovej komory. Úplné odkazy na modely na webovej stránke hovooseal.com.