锚杆钻机动力头断轴现象分析

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1、锚杆钻机动力头断轴现象分析蒋顺东，崔太刚（北京建筑机械化研究院，北京100007）［摘要］分析了全液压锚杆钻机动力头的花键轴折断的原因，提出了一些解决问题的方法。［关键词］锚杆钻机；动力头；花键轴［中图分类号］TU67 ［文献标识码］B［文章编号］1001-554X(2011)11-0133-02Analysisofrotaryheadofdrillrigwithanchorstockshaft—brokenphenomenonJIANGShun-dong，CUITai-gang在全液压锚杆钻的使用过程中，其液压双作（2）花键轴的作用。用动力头花键轴（也称钎尾）

2、的折断是较常遇到的花键轴的作用是传递动力头的转矩和冲击功。问题。在动力头中，花键轴作为易损件，与相邻件动力头马达轴上的小齿轮与花键轴上的花键啮合，相比是较薄弱的一环。在受到大的外载荷作用时一传递转矩；而冲击砧则冲击花键轴尾部，冲击功通般其首先发生断裂，虽可避免动力头内部机件受到过花键轴，传递到前端螺纹段。损害，但花键轴的折断不仅影响工作效率，还增加2花键轴折断原因了成本。如何避免花键轴过快折断，延长其使用寿命，是必须解决的问题。转矩是钻孔作业中最主要的载荷，视钻具旋转阻力的大小而变化。当开启冲击功能后，由于冲1花键轴的形式及其作用击压缩波在自由端及截面变化处的波

3、反射，在轴内(1)花键轴的结构型式。部产生拉伸应力波，这种冲击压缩与拉伸应力的交安装在动力头内的花键轴常见形式为一长轴，替作用，容易造成轴的冲击疲劳断裂。轴上有花键，输出端带有螺纹，如图1所示。另外，钻孔过程中由于被钻岩体地质条件的影响，容易造成钻孔偏差。如钻具由软岩层向硬岩层钻进时，就会出现较大的钻孔偏差，此时钻具产CBA生挠度，使花键轴承受弯矩。此外，在钻进时花键轴还承受轴向加压力，在CBA拔出转具时承受轴向拉力。所以，花键轴总共承受花键轴了扭矩、冲击功、弯矩、轴向力这4种载荷，它们a.HB45A型动力头（局部）都不是稳定载荷，常常发生突变，因此受力状况非花

4、键轴常复杂和恶劣。［收稿日期］2011-06-30［基金项目］2009年科技部科研所技术开发研究专项资金（2009EG131252）b.HD4010型动力头［通讯地址］蒋顺东，北京市东城区安定门内大街方家胡同图1花键轴的结构及其安装21号2011.11（上）1333花键轴折断的位置及相应解决方法在钻具截面模量相同的情况下，钻孔偏差的大小取决于钻孔方向与岩石层面的角度（见图3）。此（1）断裂位置出现在最后几圈螺纹，或螺纹外，钻凿硬岩时速度过慢或打滑，以及钻凿软岩时退刀槽过渡处（图1aA-A截面）。速度过快等，都会造成较大的钻孔偏差。必须事先这种破坏模式通常是由钻孔

5、作业过程中作用了解岩层界面的走向，采取适当措施（例如软岩向在花键轴上的弯矩导致的。硬岩钻进时适当减小冲击力，或硬岩向软岩钻进时钻杆套管排渣头总成花键轴适当减小推进力），才能降低或避免出现钻孔偏差。花键轴折断的另一个原因在于花键轴直径与排渣头的直径相差太大，传递到花键轴的冲击能无法撼动排渣头总成的质量，因此，冲击能仍然保存图2动力头与排渣头及钻具的连接在花键轴中（称为铁砧效应）。因此，选择尺寸适如图2所示，目前最常见的锚固钻孔采用钻合的排渣头也很重要。杆和套管复合钻进方式，钻杆和套管通过排渣头总（2）裂纹出现在螺纹中段（图1aB-B截成与花键轴的螺纹输出段连接。钻

6、杆与套管组合及面）。排渣头的抗弯截面模量均远大于花键轴，因此，在动力头的冲击能量和转矩要传递给钻具，所以弯矩的作用下，断裂位置出现在排渣头与花键轴连花键轴与排渣头间的螺纹连接承受很高的载荷。基接的过渡处。于这个原因，花键轴的外螺纹与排渣头的内螺纹必消除或减小弯矩可以避免花键轴的折断，具须在整个螺纹段紧紧地啮合，产生预紧力。如果由体做法是：于加工误差或磨损，导致该处的螺纹副无法紧密地①保证钻杆的导向套与动力头的花键轴对连接，能量不能通过全部螺纹啮合传递给钻具，就心，当导向套磨损到一定程度后及时更换；会蓄积在花键轴中导致其折断。②在作业过程中保持钻机的位置和钻架的（

7、3）裂纹出现在靠近花键轴前端的头几圈螺姿态。钻机位置的变化可能是钻机停放的地面耐压纹上（图1aC-C截面）。力不够大，发生沉降，也有可能是在浮土地基上施该裂纹位置的出现最可能的原因是提拔钻杆工，进给力和拔管力的拖拽使钻机发生滑移。钻架过程中动力头使用不当。旋转冲击式动力头都配有姿态的变化可能是由于钻架上的液压锁或平衡阀出反冲装置，而反冲装置是提钻的有力武器，可以在现故障，使油缸产生伸缩量而导致的。因此施工时钻具中产生振动，从而减少钻杆外壳上的摩擦力。应将钻机停放在坚固的地面，必要时在履带下铺垫拔管时边反冲边旋转，即便遇到黏质土，也可从中枕木，及时维修液压锁或平衡

8、阀，发现钻机有移动拔出钻