วิธีบำรุงรักษาระบบหล่อลื่นของเครื่องเจาะ? ป้องกันการติดขัดและการสึกหรอ

สว่านหินแบบไฮดรอลิกมีระบบหล่อลื่นสองระบบซึ่งแตกต่างกันอย่างชัดเจน แต่มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นระบบที่เดียวกัน การบำรุงรักษาระบบใดระบบหนึ่งเพียงอย่างเดียวโดยละเลยอีกระบบหนึ่งจึงเป็นสาเหตุทั่วไปที่ทำให้เครื่องเจาะ (drifter) เสียหายก่อนเวลาอันควร ระบบแรกคือวงจรไฮดรอลิกเอง — น้ำมันแรงดันสูงที่ขับเคลื่อนการทำงานของการตี (percussion), การหมุน (rotation) และการป้อน (feed) ยังทำหน้าที่หล่อลื่นบริเวณร่องลูกสูบ (piston bore), บล็อกวาล์ว (valve block) และชุดเกียร์หมุน (rotation gear train) ผ่านช่องว่างที่ออกแบบไว้และวงจรระบายน้ำมัน ระบบที่สองคือระบบหล่อลื่นส่วนปลายของแท่งเจาะ (shank lubrication system) — ซึ่งเป็นวงจรแยกต่างหากโดยเฉพาะ ที่ส่งน้ำมันหรือละอองน้ำมันไปยังอะแดปเตอร์ส่วนปลายของแท่งเจาะ (shank adapter), ปลอกนำทาง (guide bushing) และพื้นผิวสัมผัสของฟันเฟือง (spline interfaces) ที่เชื่อมต่อระหว่างอะแดปเตอร์ส่วนปลายของแท่งเจาะกับตัวขับหมุน (rotation driver)

หน่วยหมุนที่ไม่มีการหล่อลื่นส่วนเชื่อมต่อ (shank) จะเสียหายอย่างรวดเร็ว บริเวณรอยต่อระหว่างส่วนเชื่อมต่อ (shank) กับเกียร์ขับ (driver spline) ต้องรับทั้งแรงบิดและแรงตอบสนองจากแรงกระแทกพร้อมกันที่ความถี่ 30–65 เฮิร์ตซ์ หากไม่มีการหล่อลื่นที่เพียงพอที่จุดสัมผัสดังกล่าว การสัมผัสกันโดยตรงระหว่างโลหะภายใต้แรงโหลดเหล่านี้จะก่อให้เกิดการสึกหรอแบบฟริตติง (fretting wear) การยึดติดกันของพื้นผิวโลหะ (galling) และในที่สุดทำให้เกิดความเสียหายต่อเกียร์ขับ (spline) ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนทั้งส่วนเชื่อมต่อ (shank) และชิ้นส่วนหัวจับหมุน (rotation chuck) ความล้มเหลวนี้สามารถป้องกันได้ แต่ต้องเข้าใจว่าวงจรหล่อลื่นส่วนเชื่อมต่อ (shank lubrication circuit) คืออะไร จ่ายน้ำมันหล่อลื่นไปยังตำแหน่งใด และเกิดอะไรขึ้นเมื่อวงจรนั้นถูกขัดขวาง

หลักการทำงานของวงจรหล่อลื่นส่วนเชื่อมต่อ

เครื่องเจาะไฮดรอลิกส่วนใหญ่จัดหาการหล่อลื่นส่วนเชื่อมต่อ (shank) ผ่านหนึ่งในสองวิธี วิธีแบบดั้งเดิมใช้อากาศอัดจากวงจรอากาศเสริมของเครื่องจักรต้นทาง หรือจากคอมเพรสเซอร์ขนาดเล็กที่จัดไว้เฉพาะ เพื่อทำให้น้ำมันสำหรับเครื่องเจาะหินกลายเป็นละอองฝอย และฉีดเข้าไปยังช่องใส่ส่วนเชื่อมต่อ (shank housing) ผ่านรูปรับค่า (calibrated orifice) ละอองน้ำมันจะเคลือบพื้นผิวฟันเฟือง (spline surfaces) และผนังรูของบุชชิ่งนำทาง (guide bushing bore) ด้วยฟิล์มหล่อลื่นในทุกครั้งที่เกิดแรงกระแทก (percussion cycle) ระบบของ Atlas Copco/Epiroc และ Sandvik ต่างใช้วิธีนี้มาโดยประวัติศาสตร์ โดยการบริโภคน้ำมันหล่อลื่นส่วนเชื่อมต่ออยู่ในช่วง 600–1,200 กรัม/ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับรุ่นของเครื่องเจาะไฮดรอลิก

ระบบหล่อลื่นก้านเจาะแบบหมุนเวียน (CSL) ที่แซนด์วิคแนะนำสำหรับรุ่นต่าง ๆ เช่น RD1635CF และ HL1560T ใช้วิธีการที่แตกต่างออกไป โดยส่งน้ำมันไฮดรอลิกที่ผ่านการกรองแล้วจากวงจรมอเตอร์หมุนผ่านตัวเรือนก้านเจาะ เพื่อหล่อลื่นบริเวณพื้นผิวสัมผัส จากนั้นนำน้ำมันที่ใช้แล้วกลับเข้าสู่ระบบไฮดรอลิกเพื่อทำการกรองและนำกลับมาใช้ใหม่ แทนที่จะปล่อยทิ้งไป ระบบ CSL ช่วยลดการใช้น้ำมันหล่อลื่นก้านเจาะได้สูงสุดถึง 70% เมื่อเทียบกับระบบฝอยละอองแบบดั้งเดิม และยังขจัดความจำเป็นในการติดตั้งถังเก็บน้ำมันหล่อลื่นก้านเจาะแยกต่างหากบนเครื่องเจาะอีกด้วย สถาปัตยกรรมแบบวงจรปิดนี้ยังหมายความว่า น้ำมันหล่อลื่นไม่สามารถพาน้ำล้างที่ปนเปื้อนกลับเข้าสู่ตัวเรือนเครื่องเจาะได้ ซึ่งต่างจากระบบฝอยละอองแบบดั้งเดิมที่อาจเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวได้เมื่อมุมของเครื่องเจาะเปลี่ยนแปลง

ผลที่ตามมาจากการหล่อลื่นก้านเจาะไม่เพียงพอ

การหล่อลื่นส่วนก้านของเครื่องเจาะไม่เพียงพอจะก่อให้เกิดความล้มเหลวตามลำดับที่ชัดเจน ขั้นตอนที่หนึ่ง: แรงบิดในการหมุนเพิ่มขึ้น เนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างฟันเกลียว (spline) กับตัวขับ (driver) สูงขึ้น ซึ่งปรากฏเป็นค่าความดันการหมุนที่สูงกว่าปกติบนมาตรวัด ซึ่งผู้ปฏิบัติงานมักเข้าใจผิดว่าเกิดจากความแข็งของชั้นหินมากกว่าปัญหาการหล่อลื่น ขั้นตอนที่สอง: การสึกหรอแบบเฟรตติ้ง (fretting wear) ที่ผิวสัมผัสของฟันเกลียวทำให้เกิดอนุภาคโลหะขนาดเล็ก ซึ่งเคลื่อนย้ายเข้าไปในช่องว่างระหว่างปลอกนำทาง (guide bushing) และทำให้การเคลื่อนไหวข้างของก้านเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ปลอกนำทาง (guide sleeve) สึกหรอเร็วขึ้น ตามที่อธิบายไว้แยกต่างหาก ขั้นตอนที่สาม: การเกิดรอยขีดข่วนหรือการยึดติดกันอย่างรุนแรง (galling) ที่บริเวณพื้นผิวสัมผัสของฟันเกลียว ทำให้เกิดการถ่ายโอนวัสดุแบบยึดติด (adhesive transfer) ระหว่างพื้นผิวก้านกับพื้นผิวตัวขับ ซึ่งภายหลังจะขาดออกจากกันภายใต้โหลดรวมของแรงกระแทกและแรงบิดร่วมกัน ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวที่รากของฟันเกลียว

ช่วงเวลาตั้งแต่เริ่มมีการหล่อลื่นลดลงครั้งแรกจนถึงเกิดความเสียหายที่สังเกตเห็นได้บริเวณฟันเฟืองขึ้นอยู่กับความถี่ของการเจาะแบบกระทบและระดับความแข็งของชั้นหิน สำหรับหินแกรนิตที่มีความแข็งสูง เมื่อใช้งานแบบกระทบเต็มกำลัง ความเสียหายดังกล่าวอาจเกิดขึ้นภายในระยะเวลา 50–100 ชั่วโมงของการกระทบ โดยที่ไม่มีการหล่อลื่นส่วนปลายของแท่งเจาะ (shank) อย่างเพียงพอ แต่ในชั้นหินที่นุ่มกว่าซึ่งใช้แรงกระทบเพียงบางส่วน อาจใช้เวลาถึง 200 ชั่วโมง ไม่ว่ากรณีใดก็ตาม ช่วงเวลานี้สั้นกว่าอายุการใช้งานตามการออกแบบของเครื่องเจาะแบบกระทบ (drifter) อย่างชัดเจน

อัตราการหล่อลื่นและข้อกำหนดของน้ำมันตามประเภทของเครื่องเจาะแบบกระทบ

ข้อกำหนดของน้ำมันสำคัญกว่าเพียงแค่ความหนืด น้ำมันสำหรับส่วนปลายของเครื่องเจาะหินต้องมีสารเติมแต่งที่ช่วยสร้างฟิล์มป้องกัน ซึ่งยังคงมีประสิทธิภาพแม้ภายใต้แรงกระแทก — ความดันสัมผัสทันทีที่เกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อแบบสปลายน์ระหว่างการกระทบของลูกสูบ มีค่าสูงกว่าความดันสถิตหลายเท่า น้ำมันไฮดรอลิกทั่วไปไม่ให้การป้องกัน EP (Extreme Pressure) ที่เพียงพอสำหรับการใช้งานนี้ น้ำมันเฉพาะสำหรับเครื่องเจาะหินมีสารเพิ่มความเหนียว (tackifiers) ที่ช่วยให้ฟิล์มน้ำมันยึดเกาะผิวโลหะไว้ระหว่างการกระทบแต่ละครั้ง แทนที่จะถูกเหวี่ยงออกด้วยแรงเหวี่ยงขณะหมุน

การระบายน้ำมันจากฝาครอบส่วนหมุน: ขั้นตอนการบำรุงรักษาที่สถานที่ส่วนใหญ่มักละเลย

เครื่องเจาะแบบไฮดรอลิกมีช่องระบายน้ำที่ตัวเรือนมอเตอร์หมุน ซึ่งทำหน้าที่ปล่อยน้ำมันหล่อลื่นที่ใช้งานแล้ว ฝุ่นหินที่ปนเปื้อน และความชื้นที่เกิดจากการควบแน่นออกจากรอบบริเวณส่วนเชื่อมต่อ (shank) หากช่องระบายน้ำนี้ถูกอุดตัน—ไม่ว่าจะด้วยเศษสิ่งสกปรกที่สะสมอยู่ ท่อน้ำที่บิดงอ หรือท่อน้ำไม่ได้ต่อเข้าที่หลังการบำรุงรักษา—น้ำมันหล่อลื่นที่ใช้งานแล้วจะคั่งอยู่ภายในตัวเรือน เมื่อน้ำมันที่ปนเปื้อนนี้ไหลย้อนเข้าสู่ช่องเจาะแบบแรงกระแทก (percussion bore) ผ่านช่องว่างระหว่างบุชนำทาง (guide bushing clearance) มันจะผสมรวมเข้ากับของเหลวไฮดรอลิกสำหรับระบบแรงกระแทก ส่งผลให้เกิดการปนเปื้อน ซึ่งเร่งอัตราการสึกหรอของซีลแรงกระแทกและพื้นผิวด้านในของช่องลูกสูบพร้อมกัน

การตรวจสอบท่อน้ำทิ้งทุกครั้งที่เข้ารับบริการบำรุงรักษา—เพื่อยืนยันว่ามีการไหลผ่านอย่างสม่ำเสมอ ตรวจสอบว่าท่อน้ำไม่ถูกบีบหรืออุดตัน และยืนยันว่าปลายท่อน้ำอยู่ห่างจากตัวเครื่องเจาะ เพื่อให้น้ำมันสามารถหยดลงพ้นพื้นที่โดยไม่กลับเข้าไปในระบบ—ใช้เวลาไม่เกินห้านาที ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้ตัวเรือนมอเตอร์หมุนกลายเป็นแหล่งปนเปื้อนที่ทำลายชิ้นส่วนระบบแรงกระแทกในการบำรุงรักษาครั้งถัดไป

การบำรุงรักษาไฮดรอลิกออยล์: อีกครึ่งหนึ่งของระบบ

น้ำมันในวงจรการตี (percussion circuit oil) ไม่จำเป็นต้องใช้สารหล่อลื่นเพิ่มเติมแยกต่างหาก — น้ำมันไฮดรอลิกเองก็สามารถสร้างฟิล์มไฮโดรไดนามิก (hydrodynamic film) สำหรับผนังกระบอกสูบลูกสูบ ชิ้นส่วนสไลด์ในบล็อกวาล์ว (valve block spools) และมอเตอร์หมุน (rotation motor) ได้ สิ่งที่วงจรนี้ต้องการคือความสะอาด น้ำมันไฮดรอลิกที่ปนเปื้อนเป็นสาเหตุหลักของการสึกหรอของวาล์วตี การสึกกร่อนของซีลปลอกนำทาง (guide sleeve seal) และการขีดข่วนบนพื้นผิวมอเตอร์หมุน รหัสความสะอาดตามมาตรฐาน ISO 16/14/11 คือเป้าหมายสำหรับวงจรการตี ระบบที่ทำงานด้วยน้ำมันที่สกปรกกว่านี้จะเร่งอัตราการสึกหรอพร้อมกันทุกจุดที่มีความละเอียดแม่นยำ (precision clearance) ภายในเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter)

การเปลี่ยนน้ำมันตามช่วงเวลาที่ผู้ผลิตแนะนำ — และการเปลี่ยนทันทีหลังจากเกิดความล้มเหลวของส่วนประกอบใดๆ ที่อาจทำให้อนุภาคโลหะเข้าสู่ระบบ — คือการบำรุงรักษาไฮดรอลิกที่สำคัญที่สุด HOVOO จัดจำหน่ายชุดซีลสำหรับโมเดลเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) ทุกรุ่นหลัก; เมื่อกำหนดเวลาเปลี่ยนน้ำมัน ควรจัดให้สอดคล้องกับช่วงเวลาตรวจสอบชุดซีล เพื่อไม่ให้การแทรกแซงวงจรไฮดรอลิกเพื่อการบำรุงรักษารูปแบบหนึ่งต้องดำเนินการแยกต่างหากอีกครั้งภายในสามสัปดาห์ต่อมาสำหรับการบำรุงรักษารูปแบบอื่น รายละเอียดแบบจำลองทั้งหมดอยู่ที่ hovooseal.com