Cách bảo dưỡng hệ thống bôi trơn khoan? Ngăn chặn kẹt và mài mòn

Các máy khoan đá thủy lực có hai hệ thống bôi trơn riêng biệt, thường bị nhầm lẫn với nhau; việc chỉ bảo trì một trong hai hệ thống mà bỏ qua hệ thống còn lại là nguyên nhân phổ biến dẫn đến hỏng hóc sớm của đầu khoan. Hệ thống thứ nhất là mạch thủy lực—dầu áp suất cao dùng để truyền động các chức năng đập, xoay và đẩy cũng đồng thời bôi trơn xi-lanh piston, khối van và bộ truyền động bánh răng xoay thông qua các khe hở thiết kế và các mạch thoát dầu. Hệ thống thứ hai là hệ thống bôi trơn thân khoan—một mạch riêng biệt, chuyên biệt, cung cấp dầu hoặc sương dầu đặc biệt tới bộ chuyển tiếp thân khoan, bạc lót dẫn hướng và các bề mặt khớp then hoa, nơi bộ chuyển tiếp thân khoan và bộ truyền động xoay tiếp xúc với nhau.

Các bộ phận quay không được bôi trơn phần thân (shank) sẽ nhanh chóng hỏng. Tiếp xúc giữa các răng then hoa của thân và đầu kẹp truyền đồng thời cả mô-men xoắn và tải phản lực va đập ở tần số 30–65 Hz. Nếu không có đủ chất bôi trơn tại bề mặt tiếp xúc này, sự tiếp xúc kim loại–kim loại dưới các tải đó sẽ gây ra hiện tượng mài mòn rung (fretting wear), dính trượt (galling) và cuối cùng là hư hỏng các răng then hoa, dẫn đến việc phải thay thế cả thân và các bộ phận kẹp quay. Đây là một dạng hỏng hóc có thể phòng tránh được, nhưng đòi hỏi phải hiểu rõ mạch bôi trơn thân là gì, nơi mà mạch này cung cấp dầu bôi trơn, và những hệ quả xảy ra khi mạch này bị gián đoạn.

Nguyên lý hoạt động của mạch bôi trơn thân

Hầu hết các máy khoan thủy lực kiểu trượt (hydraulic drifters) cung cấp bôi trơn trục (shank) thông qua một trong hai phương pháp. Phương pháp truyền thống sử dụng khí nén từ mạch khí phụ của máy chủ (carrier) hoặc từ một máy nén khí chuyên dụng nhỏ để tạo thành dạng sương mù (atomize) dầu khoan đá và phun vào buồng trục (shank housing) qua một lỗ tiết lưu được hiệu chuẩn. Sương mù dầu phủ lên bề mặt răng then (spline surfaces) và lỗ lòng ống dẫn hướng (guide bushing bore) một lớp màng bôi trơn trong mỗi chu kỳ va đập. Các hệ thống của Atlas Copco/Epiroc và Sandvik trước đây đều áp dụng phương pháp này, với mức tiêu thụ dầu bôi trơn trục nằm trong khoảng 600–1.200 g/giờ tùy theo model máy khoan kiểu trượt.

Hệ thống bôi trơn thân khoan tuần hoàn (CSL) do Sandvik giới thiệu trên các mẫu như RD1635CF và HL1560T áp dụng một phương pháp khác biệt: hệ thống dẫn dầu thủy lực đã được lọc từ mạch động cơ quay đi qua vỏ thân khoan, bôi trơn các bề mặt tiếp xúc, sau đó đưa dầu đã sử dụng trở lại hệ thống thủy lực để lọc và tái sử dụng thay vì xả ra ngoài. Hệ thống CSL giúp giảm mức tiêu thụ dầu bôi trơn thân khoan tới 70% so với các hệ thống phun sương truyền thống và loại bỏ nhu cầu về bình chứa dầu bôi trơn thân khoan riêng biệt trên máy khoan. Kiến trúc khép kín cũng đảm bảo rằng dầu bôi trơn không mang theo tạp chất từ nước rửa ngược trở lại vào vỏ máy khoan — điều mà các hệ thống phun sương truyền thống có thể gây ra khi hướng đặt máy khoan thay đổi.

Hậu quả của việc bôi trơn thân khoan không đầy đủ

Việc bôi trơn phần thân vít không đủ gây ra một chuỗi hư hỏng đặc trưng. Giai đoạn một: mô-men xoay tăng lên do ma sát giữa các răng then hoa và đầu kẹp tăng cao. Hiện tượng này thể hiện qua chỉ số áp lực xoay trên đồng hồ cao hơn bình thường, điều mà người vận hành thường quy kết sai thành độ cứng của lớp đất đá chứ không phải do vấn đề bôi trơn. Giai đoạn hai: mài mòn rung (fretting) trên các bề mặt tiếp xúc của răng then hoa sinh ra các hạt kim loại mịn, những hạt này di chuyển vào khe hở của bạc dẫn hướng và làm tăng độ rơ ngang của thân vít—từ đó đẩy nhanh quá trình mài mòn ống dẫn hướng như đã mô tả riêng biệt. Giai đoạn ba: hiện tượng dính bám (galling) tại giao diện răng then hoa gây ra sự chuyển vật liệu dạng dính giữa bề mặt thân vít và đầu kẹp; sau đó lớp vật liệu chuyển này bị đứt gãy dưới tác dụng đồng thời của tải trọng va đập và mô-men xoay, dẫn đến xuất hiện các vết nứt tại chân răng then hoa.

Khoảng thời gian từ khi lượng bôi trơn giảm lần đầu tiên đến khi xuất hiện hư hỏng rõ rệt trên các răng then hoa phụ thuộc vào tần số đóng búa và độ cứng của lớp đá. Trong đá granit cứng ở tần số đóng búa tối đa, quá trình này có thể xảy ra trong vòng 50–100 giờ đóng búa khi lượng mỡ bôi trơn thân khoan không đủ. Trong các lớp đá mềm hơn khi áp suất đóng búa chỉ ở mức một phần, thời gian có thể kéo dài tới 200 giờ. Dù trong trường hợp nào, khoảng thời gian này cũng ngắn hơn đáng kể so với tuổi thọ thiết kế của máy khoan đóng búa.

Tỷ lệ bôi trơn và đặc tính kỹ thuật của dầu theo loại máy khoan đóng búa

Đặc tính kỹ thuật của dầu quan trọng hơn cả độ nhớt. Dầu dùng cho trục khoan đá cần chứa các chất phụ gia tạo màng có khả năng duy trì hiệu quả dưới tải va đập—áp suất tiếp xúc tức thời tại giao diện then hoa trong quá trình piston tác động cao hơn nhiều lần so với áp suất tĩnh. Dầu thủy lực đa dụng không cung cấp đủ khả năng bảo vệ EP (áp suất cực cao) cho ứng dụng này. Dầu chuyên dụng cho khoan đá chứa các chất kết dính giúp màng dầu bám chắc trên bề mặt kim loại giữa các lần va đập, thay vì bị văng ra do lực ly tâm trong quá trình quay.

Xả dầu từ Vỏ Bộ Phận Quay: Bước Bảo dưỡng Mà Hầu Hết Các Địa Điểm Thường Bỏ Sót

Các máy khoan thủy lực có một cổng xả trên thân động cơ quay, cho phép dầu bôi trơn đã sử dụng, bụi đá lẫn vào và hơi ngưng tụ được đẩy ra khỏi khu vực đầu kẹp. Nếu cổng xả này bị tắc—do bụi bẩn tích tụ, do đường ống xả bị gập hoặc do đường ống đơn giản là chưa được nối lại sau bảo dưỡng—dầu bôi trơn đã sử dụng sẽ tích tụ trong thân động cơ. Dầu nhiễm bẩn sau đó di chuyển vào buồng va đập thông qua khe hở giữa bạc dẫn hướng và trục, nơi nó pha trộn với chất lỏng thủy lực dùng cho cơ cấu va đập. Sự nhiễm bẩn này làm tăng tốc độ mài mòn đồng thời cả các phớt va đập lẫn bề mặt lòng xi-lanh piston.

Việc kiểm tra đường ống xả tại mỗi kỳ bảo dưỡng—xác minh lưu lượng chảy, đảm bảo đường ống không bị kẹp hoặc tắc, và xác nhận đầu ra của đường ống nằm cách xa thân máy khoan để dầu có thể rơi xuống rõ ràng—chỉ mất chưa đến năm phút. Việc này ngăn chặn thân động cơ quay trở thành nguồn gây nhiễm bẩn, từ đó làm hư hại các bộ phận va đập ở kỳ bảo dưỡng tiếp theo.

Bảo dưỡng dầu thủy lực: Nửa còn lại của hệ thống

Dầu mạch búa không cần chất phụ gia bôi trơn riêng biệt — chính dầu thủy lực cung cấp màng thủy động học cho xi-lanh piston, các van trượt trong khối van và mô-tơ quay. Điều mà nó cần là độ sạch. Dầu thủy lực bị nhiễm bẩn là nguyên nhân hàng đầu gây mài mòn van búa, mài mòn gioăng ống dẫn hướng và trầy xước bề mặt mô-tơ quay. Mã độ sạch ISO 16/14/11 là tiêu chuẩn mục tiêu cho mạch búa; các hệ thống vận hành ở mức độ bẩn hơn mức này sẽ làm tăng tốc độ mài mòn đồng thời trên mọi khe hở chính xác trong máy khoan.

Việc thay dầu theo khoảng thời gian do nhà sản xuất khuyến nghị — và thay ngay lập tức sau bất kỳ sự cố hỏng hóc nào của bộ phận có thể đã đưa các hạt kim loại vào hệ thống — là hành động bảo dưỡng thủy lực chủ yếu. HOVOO cung cấp bộ kit gioăng cho tất cả các dòng máy khoan đá chính; khi lên lịch thay dầu, hãy đồng bộ hóa với khoảng thời gian kiểm tra bộ kit gioăng để việc xâm nhập vào mạch thủy lực trong một lần bảo dưỡng không đòi hỏi phải thực hiện thêm một lần xâm nhập riêng biệt sau ba tuần cho công việc bảo dưỡng còn lại. Tham khảo đầy đủ các mã model tại hovooseal.com.