制动钢带的改进方法, 就是在丁字板和制动钢 带之间加一薄钢板( 即下面叙述的中间钢板) , 使截 面变化有一过渡, 如图 6 所示。 现有设备使 用的丁 字板的 弧形 板厚度 为 5~ 10mm, 改进后, 选用厚 度为 5mm, 中间钢 板厚度 为 3mm, 其它尺寸如图 6 所示。丁字板、 中间钢板、 制 动钢带的连接, 中间为铆接, 边缘为焊接。
学院, 现任镇江煤矿专用设备厂总工程师, 曾发表论文 2 篇, 获部、 局 科技进步奖各一项。地址: 镇江市朱方路 209# ; 邮编: 212005。
杜庆华等编著. 材料力学. 北京: 人民教育出版 社, 1993 地 质出版社, 1975
2 国 家地质总局生产 组. 钻 孔弯曲 与测 量经 验选编, 北 京:
这是目前不少钻杆生产单位采用的方法。该形 式的接头焊缝截面积小, 承载能力会比较低。加之中碳 钢可焊性差, 手工焊接夹渣、气孔等焊接缺陷难以 避免, 致使焊缝质量很难保证。再则联接螺纹并不 能起到加强接头焊缝承载能力的作用。一旦焊缝因 承载过大出现裂纹时, 联接螺纹只能起到加快焊缝 裂纹扩大的作用。 3. 2. 2 内、 外锥螺纹同轴度超差 按照设计图样规定, 钻杆两端的内、 外锥螺纹同 轴度要求是 0. 12mm。但是由于材料( 特别是钢管) 、 工艺方法等等原因, 实际同轴度往往超差。这对钻 杆常规使用的寿命影响较大。由于两端联接螺纹同轴度超 差过大, 导致钻杆在连接处发生弯曲。在钻进过程 中, 钻杆 不但 要承受 正常 的轴 向负 荷 ( 可达 10 ~ 30kw 甚至更大) , 而且螺纹连接处还要受到 很大的 横向载荷。另外数十米甚至超百米弯曲的钻柱, 沿 其轴线快速回转时产生的离心力在螺纹联接处还会 产生交变的弯曲应力。几种应力的迭加最后导致钻 杆的最薄弱处外锥螺纹尾部( 即大径处) 发生疲劳裂 纹而折断或在焊缝处断裂。 3. 2. 3 联接螺纹加工精度达不到要求 直径 42mm 钻杆接头螺纹为地质钻杆专用锥度 螺纹: 锥度 1!8, 锥面长度 38mm, 大端直径为 34mm, 1in 5 牙。由于螺纹锥度和牙形的加工误差, 导致两 钻杆联接时, 尽管内、 外锥螺纹端面已接触, 而横向 仍有松动。这样, 在钻进过程中, 由于横向松动, 钻 柱快速迥转时承横向冲击载荷, 易于发生外螺纹接 头折断。 其二钻杆内外锥螺纹在加工中, 由于螺纹中径 公差控制不住, 导致两钻杆联接时内、 外两螺纹端面 间隙达不到技术方面的要求。钻杆受载后, 两端面不能接 触, 钻杆所承受的弯曲、 扭转载荷全部由螺蚊承受, 这样钻杆在螺纹联接处也易发生疲劳折损, 或者 34
只材质为 45 钢的内、 外锥螺纹接头 1、 焊接而成。 3 由于煤矿安全钻机是目前煤矿瓦斯抽放和煤层 注水钻孔的主要设备, 显然直径 42mm 钻杆 用量和 消耗量较大( 据不完全统计直径 42mm 钻杆 全国煤 矿年用量约 5 万余米) 。当前由于质量上存在一些 问题, 断损率较高。因此正确分析钻杆质量和断损 原因, 采取比较有效措施, 提高钻杆质量, 降低钻孔事故 率, 保证瓦斯排放孔, 煤层注水孔正常钻进, 有着十 分重要的意义。 2 钻杆断损的主要形式
( 2) 母体与接头先采用螺纹联接而后加焊的工 艺方法。其焊缝结构见图 3。
内螺纹接头端部外园扩涨变形( 即成喇叭口) 。 3. 2. 4 钻杆危险断面应力集中 钻杆外螺纹接头大端与 42mm 外表面交界处 的台肩面根部应有 R 0. 5 的园角。但许多钻杆此 处园角过小或者没有园角, 应力集中现象严重。另 外内螺纹端头与螺纹大端交界处的台肩面根部也应 有园角, 内螺纹的大端应有 45~ 60∀的倒角, 许多钻 杆也没有这样做, 引起应力集中, 致使端部扩涨成喇 叭口。 3. 3 钻杆不合理使用 3. 3. 1 钻柱弯曲对钻杆断损的影响 钻机在井下进行瓦斯抽放或煤层注水钻孔作业 时, 正常的情况下多 为近水平或有一 定倾斜度钻孔。 钻进时造成钻柱弯曲的因素很多: 岩层不均质、 钻杆 自重、 钻头破碎岩石时产生的偏斜力, 都能使钻杆弯 曲。况且钻进时钻杆迥转还有离心力, 特别是钻杆 还承受大到 10~ 30kN 的轴向钻压力。在这些力的 作用下( 主要是轴向力) , 钻柱在钻孔中就失去了直 线状态而发生弯曲形变。钻柱越长, 产生弯曲变形 的钻杆临界应力就越低, 这就使钻杆易于发生断损。 据调查, 钻孔时不采用稳定器杆时, 钻杆折断时的孔 深多数发生在 30~ 40m 之间。 3. 3. 2 钻进参数不匹配 钻进时, 作用于钻头的扭矩可由下式计算 M= # 式中
由上式能够准确的看出, 作用于钻头的扭矩与岩石的 抗住压力的强度, 钻头几何尺寸、 切削具数量、 给进量、 给进 压力都有关系。钻头直径增大, 切削具数量增多, 给 进量与给进压力增高均会增大 作用于钻头上 的扭 矩。从而也就增加了作用于钻杆的扭矩。如果这些 钻进参数选配不当也会使钻杆发生折损。 ( 下转第 47 页)
单、 使用可靠, 在煤矿已被普遍的使用。 该类钻机主要使用直径 42mm 钻杆, 其 结构见 图 1。钻杆由 42mm 4. 5 的无缝地质钢管 2 和两
工艺方法不当。 目前 42mm 钻杆内外锥螺纹接头与杆体的联 接方式有两种: ( 1) 摩擦焊机直接焊接而成。其焊缝结构见图 2。 这种工艺方法的机理是两种材料在高压力作用 下接触并相向旋转, 摩擦产生高温, 将接触部分的材
制动器改进后, 焊缝分为二层, 每一层焊接量较 小, 此时的变形可能比原来的要小பைடு நூலகம் 因此, 由焊接所 产生的不良影响有所降低。由于丁字板与制动钢带 的连接采取了过渡办法, 其各连接点的应力集中比 原来要小得多。 7 结束语 JD- 11. 4 型调度绞车制动器改进后, 其原有制 动性能并不受影响, 却可使制动钢带的断裂现象大 为减少, 使用更安全, 从而可有效地保障煤矿的安 全生产。
( 上接第 34 页) 4 结语 根据以上分析论述, 要减少或者防止钻杆断损, 应从加工与使用两方面采取一定的措施: ( 1) 保证制造钻杆使用的材料的品质和正确的热 处理工艺措施, 使钻杆的机械强度合符承载要求; ( 2) 严格按照设计图样加工钻杆, 加强检验, 不 断改进工艺手段和工艺方法, 稳定钻杆质量。 ( 3) 钻孔作业时正确合理地使用稳定器杆, 减 少钻孔偏斜量。 ( 4) 针对不一样岩性与钻孔深度、 钻孔倾角与钻
江苏镇江煤矿专用设备厂 夏维玉 摘 要 分析了煤矿安全钻机所使用的直径 42mm 钻杆加工质量上的问题和现场使用时产生断损的 原因。提出了稳定钻杆质量、 减少断损事故的措施。 关键词 煤矿安全钻机 钻杆 断损原因 改进途径 直径 42mm 钻杆设计的基本要求是由 42mm 4. 5 无 缝地质管和两只 45 钢的接头焊接加工而成。这两 种材料机械性能相近, 焊接性能也相近。但因管理 或其它原因, 接头下料时发生混料或错料, 这样不但 达不到设计的基本要求, 而且直接影响钻杆工艺流程中后 续工序的工艺质量。现场使用中, 因材质问题导致 屡次发生钻杆扭曲变形, 焊缝断裂、 内锥螺纹端部扩 胀、 外锥螺纹接头大径处断裂等现象。 3. 2 加工工艺原因 3. 2. 1 内、 外锥螺纹接头与杆体( 无缝地质管) 联接
直径 42mm 钻杆在使用中发生断损有以下几种 形式: ( 1) 焊缝开裂; ( 2) 内锥螺纹接头端部扩胀变形( 喇叭口) ; ( 3) 外锥螺纹接头大端螺纹尾部断裂; ( 4) 内锥螺纹接头端铣方处环状断裂。 3 3. 1 断损缘由分析 材质原因
料加热到塑性状态( 如钢在锻造温度的上限) , 而且 使其紧紧地压接在一起。在接缝处里外都形成两道 直径约为 5mm 左右的园环( 外环在后续工序中被去 掉) 。这就增加了焊缝面积( 焊缝承载能力提高) , 而 且无焊接缺陷, 焊缝机械强度与母材相同, 焊接质量 也稳定。在现场使用中, 用这种焊接工艺加工成的 钻杆未曾出现过因焊缝质量上的问题而发生断裂事故。 33