再论我国小直径钎具锥体连接

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1、第十四届全国钎钢钎具年会论文再论我国小直径钎具的锥体连接张国榉张汉斌中国地质大学（武汉）掘进工程研究所2008年10月27日·井岗山-9-再论我国小直径钎具的锥体连接张国榉张汉斌（中国地质大学[武汉]掘进工程研究所）-9-内容摘要：我国年耗一字、三刃、十字、球齿、复合型系列锥体连接钎头约5000万支，年耗锥体连接钎杆约8万吨。由于采用旧式锥体连接的苏式老一字形钎头的传统影响，使许多钎具生产厂和采掘部门，持续半个多世纪对钎头锥孔和钎梢的工作与受力状况存在着误解，因而对国内科研部门早在1980年就正式提出以新型锥体连接为特征的钎头、钎杆研究成果，以

2、及以瑞典、日本产品为代表的先进锥体连接技术，长期视而不见。人们总是依据旧习惯，提出一些想当然的“理由”，企图一点一滴地把新事物拖回原来的轨道。他们未能科学、严肃地对待国际标准（ISO1718-1974、1991）关于钎头锥孔和钎梢小端直径极限偏差值、钎梢插入深度、孔底直壁间隙区、以及锥孔深度的严格规定，使国产小钎头长期高度偏矮、锥孔7°锥面到底、孔深偏浅、钎梢偏短，致使钎梢插深不足，梢孔之间不能形成全面均衡接触（钎梢端面在锥孔锥面之内），梢孔表面接触应力过高，钎梢工作形成严重的前紧后松的“钻牛角尖”现象，由此造成频繁的断梢、断腰和裤体胀裂与钎头

3、丢失事故，工人劳动条件恶化，浪费触目惊心。这也人为地降低了本具优势的我国小钎头在国际钎具市场的形象，削弱了它的竞争能力。现在，我们应当在新的认识高度基础上幡然弃旧图新，认真引用国内外先进钎具科研成果，一丝不苟地积极创造条件，严格贯彻执行最新的钎头、钎杆国家标准（GB6480、GB6481）和国际标准（ISO1718-1991），以进一步提高我国锥体连接钎具的社会、经济效益，并为加速其现代化步伐和大批量进入国际市场而奋斗。关键词：旧式锥体连接新型锥体连接梢端直径孔底直壁间隙钎梢插深锻制钎梢、机制钎梢1．落后、过时的苏式老一字形钎头我国锥体连接小直

4、径钎头的历史，是从上世纪五十年代初进口苏联钎头和引进苏联技术开始的。当时采用B25高碳钢钎杆，钎头外形尺寸为钎头直径×高度×裤体外径=φ46×62×φ38，锥孔尺寸为孔口直径×锥角×孔深=φ25×7°×32，镶BK-15旧式一字形合金片。其外貌和几何参数，见图1。图1苏式老一字形钎头外貌及几何参数（引自前苏联《采矿手册》1952年莫斯科第一版；1954年重工业出版社北京第一版）该钎头高62mm，锥孔口直径25mm，孔深32mm，锥角7°，锥面直达孔底。所用B25钎杆钎梢小端直径φ22mm，钎梢插深≤25mm。除材质、制造工艺、使用技术均较落后之

5、外，其主要的几何缺陷有四：①锥孔太浅，孔底无直壁间隙区：使钎梢和裤壁受力恶化；②相对翼厚值太小：固片不牢，炮眼不圆，几何形状稳定性差；③排粉系统不良：大小端径差值小，排粉通道不畅，钻速慢，磨损快，易出现倒锥和圆柱化变形；④旧式合金片几何参数不合理：刃弧半径和片高过大，易发生崩刃掉角，且合金有效利用率低。其综合结果是：钻速慢、寿命短、钢材与合金浪费严重。通常其硬岩寿命只有30m左右，常以胀裤、裂裤、断腰、倒锥、圆柱化变形和脱碎片等方式早期报废。2．风靡世界的瑞典、日本钎头-9-上世纪六十至七十年代，B22合金钢钎杆逐步取代B25高碳钢钎杆而居于主

6、导地位。瑞典、日本、芬兰和西欧国家的小直径片状系列锥体连接钎头，也以其几何结构参数比较合理、材质优良、制造工艺先进和使用方法正确而风靡世界。以瑞典Sandvik、Secoroc，日本《三菱》、《东洋》、《古河》、《东芝》，西欧《Boart》，芬兰Kometa等著名钎具公司为代表，其产品牢牢地控制着国际钎具市场，详见图2。-9-图2国际钎具市场流行的瑞典、日本、芬兰片状系列小直径锥体连接钎头外貌-9-这些钎头直径为φ36~φ42mm，平均高度76.6mm（一字形75.8；十字形77），平均锥孔深度53mm，平均裤体外径φ32mm（φ22锥孔为φ3

7、1.75;φ25锥孔为φ32.5）。其几何结构参数的显著特点之一，是普遍采用了带直壁的深锥孔，使钎梢插入深度达到了34~47mm，又保证了钎梢与锥孔全锥面均衡接触，从而既降低了钎梢与锥孔表面的接触应力，又消除了钎梢工作时因出现“钻牛角尖”现象引起的前紧后松，和梢端局部应力集中。这种新型锥体连接参数，使看起来更为细长的钎梢，确更加经久耐用。因为此时钎梢通过锥孔壁传递的凿岩机活塞的冲击力，在更大的梢孔接触面上被均匀分布了，钎梢与锥孔壁的弹塑性变形也相应减小，冲击能的有效利用率提高，纯钻速将有所增加。此外，细长钎梢还使梢孔之间的同轴度改善，连接可靠，

8、拆卸方便（普遍使用卸钎器拆卸钎头），并能在提高钎头腰部裤壁厚度的同时，进一步降低了钎头裤体直径。总之，新型锥体连接参数总结了国内外半个多世纪的实践经验