Что вызывает быстрый износ буровых ведер и как его предотвратить

Материалы и геологические факторы, ускоряющие износ Бурильный ведро Износа

Геологические условия относятся к числу главных причин быстрого износа буровых ведер. Абразивные породы и состав грунтов напрямую влияют на ресурс оборудования — их понимание позволяет применять профилактические меры заблаговременно.

Абразивные горные породы и твёрдые включения

Гранитные и базальтовые скальные образования оказывают значительное воздействие на оборудование, поскольку эти материалы чрезвычайно твёрдые и часто имеют твёрдость около 6–7 по шкале Мооса. Такая твёрдость превышает возможности большинства стандартных режущих инструментов. При работе на такой сложной местности крупные камни и другие твёрдые включения вызывают всевозможные проблемы: они создают зоны концентрации напряжений при проходке техникой грунта, что приводит к образованию мелких трещин на зубьях ковша и других элементах машины. Со временем постоянные ударные нагрузки приводят к ускоренному износу по сравнению с работой на более мягких породах, таких как сланец или известняк. Полевые испытания показали, что скорость износа в таких условиях возрастает примерно вдвое. Наконечники из карбида вольфрама действительно повышают стойкость оборудования к подобным нагрузкам, однако операторам по-прежнему необходимо внимательно следить за появлением сколов или отдельных осколков после продолжительной работы в условиях интенсивных ударных нагрузок.

Почвенные условия с высоким содержанием кварца или гравия

Почвы, богатые кварцем, действуют как абразивный материал природного происхождения. Представьте себе каждую мельчайшую частицу, царапающую поверхность ковша так же, как это делает мелкозернистая наждачная бумага. Если в почве присутствует также гравий, ситуация усугубляется, поскольку постоянное истирание оказывает особенно сильное разрушительное воздействие. Особенно остро это проявляется в таких местах, как речные русла и древние ледниковые отложения, где камни обладают острыми кромками и значительно ускоряют износ оборудования. В совокупности эти факторы приводят к тому, что зубья ковша изнашиваются примерно на треть быстрее по сравнению с работой на вязких глинистых почвах. На практике мы наблюдаем следующее...

• Раннее притупление зубьев
• Постепенное утончение стенок корпуса
• Ускоренное старение уплотнений из-за проникновения абразивных частиц

Ковши с усиленными кромками — с закаленными краями, ступенчатым расположением зубьев и герметичными корпусами подшипников — необходимы для обеспечения стабильной работы в таких условиях.

Операционные ошибки, способствующие Бурильный ведро Быстрому износу

Операционные ошибки значительно ускоряют износ бурового ведра, причём две критические ошибки доминируют при поломках на объектах.

Чрезмерное усилие проникновения и перегрузка

При чрезмерном приложении осевого усилия серьёзная нагрузка воздействует на зубья ведра и сварные швы его конструкции, что приводит к таким проблемам, как преждевременное образование трещин, пластическая деформация и, в конечном счёте, усталостное разрушение. Перегрузка этих машин создаёт зоны напряжения, превышающие пределы прочности используемых материалов. По данным отраслевых исследований, вёдра, эксплуатируемые за пределами допустимых нагрузок, требуют замены примерно на 70 % быстрее по сравнению с вёдрами, используемыми в строгом соответствии с рекомендациями производителя. Чтобы предотвратить такой вид повреждений, операторы должны в режиме реального времени контролировать давление в гидравлической системе и строго соблюдать рекомендованные значения усилия проникновения. Это особенно важно при переходе между различными типами грунта, где силовые нагрузки могут резко измениться без предупреждения.

Неправильная частота вращения и угол наклона ведра

Когда оборудование вращается слишком быстро в грунтах с высоким содержанием абразивных частиц, возникает вредное трение, приводящее к нагреву, который ускоряет поверхностную коррозию и со временем ослабляет режущую кромку. Неправильный угол наклона приводит к тому, что определённые участки лезвия принимают на себя всю нагрузку вместо равномерного распределения рабочей нагрузки по всей режущей поверхности. Например, при работе на кварцсодержащем грунте отклонение угла всего на ~15 градусов от оптимального может утроить износ в этих зонах. Большинство операторов отмечают, что наилучшие результаты достигаются при согласовании скорости вращения с плотностью грунта: при работе с уплотнённым гравием оптимальной является скорость вращения около 12–18 оборотов в минуту. При копании также важно поддерживать угол наклона ковша в диапазоне от 30 до 45 градусов — это способствует равномерному распределению давления по всем зубьям и снижает боковые нагрузки, преждевременно повреждающие инструмент.

Недостатки конструкции и технического обслуживания оборудования

Недостаточная твёрдость и несоответствующий состав сплава режущей кромки

Проблемы износа обычно начинаются из-за неправильного выбора металла. Режущие инструменты с твёрдостью по Роквеллу менее 55 по шкале HRC или с содержанием карбида вольфрама менее 15 % плохо сопротивляются абразивным материалам. Однако исследование, опубликованное в International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, показало интересный результат: режущие кромки, правильно легированные для достижения твёрдости свыше 60 HRC, служат примерно в 2,3 раза дольше при работе на каменистой, гравийной почве по сравнению с обычными стальными аналогами. Что происходит, если эти требования к твёрдости игнорируются? При нормальной эксплуатации быстро образуются мелкие трещины, которые стремительно распространяются, вызывая ускоренный износ не только по кромке ковша, но и в зонах соединения адаптеров, а также в местах крепления всех компонентов.

Недостаточный контроль, восстановление и затяжка болтов

Согласно данным, собранным Институтом глубоких фундаментов (Deep Foundations Institute) о надежности землеройного оборудования, около 38 % преждевременных отказов буровых ковшей происходят из-за полного пропуска технического обслуживания. Когда в важных сварных зонах образуются трещины от напряжения и их не замечают, они, как правило, прогрессируют до тех пор, пока не произойдет реальный отказ оборудования примерно через 150 часов работы без надлежащего технического обслуживания. То же самое относится и к крепежным болтам, которые со временем ослабляются: на первый взгляд это кажется незначительной проблемой, однако позже она приводит к серьезным последствиям. Ослабленные соединения вызывают вибрации по всей системе, что приводит к износу соседних сварных швов и в конечном итоге к полному выпадению зубьев. Бригады, проверяющие затяжку болтов еженедельно, сообщают о необходимости замены ковшей лишь в одной трети случаев по сравнению с командами, которые ждут поломки оборудования, прежде чем предпринимать какие-либо действия. Некоторые обязательные процедуры технического обслуживания, которым следует следовать:

• Ультразвуковой контроль на наличие подповерхностных дефектов каждые 75 часов работы
• Проверка крутящего момента всех крепежных элементов после смены с использованием калиброванных инструментов
• Замена износостойких накладок до того, как износ превысит 25 % от исходной глубины

Проверенные меры предотвращения и снижения рисков для увеличения срока службы ковша

Когда речь заходит о снижении износа буровых ковшей, существует несколько разумных подходов, которые значительно увеличивают срок их службы. Замена стандартных ковшей на усиленные карбидом вольфрама показала реальные результаты на практике. Такие модернизированные ковши имеют твёрдость основы выше 400 HB и фактически служат примерно вдвое дольше при работе в сильно абразивных грунтах по сравнению со стандартными сплавными версиями. С операционной точки зрения крайне важно следить за предельными нагрузками, чтобы избежать перегрузки оборудования. Оптимальная частота вращения в диапазоне от 15 до 25 об/мин обеспечивает наилучшие результаты при бурении плотных грунтов, содержащих большое количество кварца. Это помогает минимизировать износ, вызванный чрезмерным трением. Службы технического обслуживания должны внедрять прогнозирующие программы, анализирующие вибрационные паттерны для выявления развивающихся трещин до того, как они превратятся в серьёзные проблемы. Ежемесячная проверка режущих кромок и надёжность всех крепёжных элементов позволяют поддерживать бесперебойную работу без непредвиденных сбоев. Правильное обучение операторов корректировке угла наклона в пределах примерно ±5 градусов при работе в плотных грунтах также способствует более равномерному распределению износа по поверхности ковша. Все эти комплексные меры в совокупности позволяют сократить расходы на замену оборудования примерно на 30 %, что имеет огромное значение для компаний, работающих в условиях, насыщенных гравием и кварцем, где возникает большинство отказов.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какие геологические условия способствуют износу бурового ведра?
Ответ: Абразивные породы, такие как гранит и базальт, а также почвы с высоким содержанием кварца или гравия, значительно ускоряют износ буровых вёдер.

Вопрос: Как ошибки в эксплуатации влияют на срок службы бурового ведра?
Ответ: Чрезмерное усилие проникновения, перегрузка, неправильная частота вращения и несоответствующий угол наклона ведра могут существенно сократить срок службы буровых вёдер.

Вопрос: Почему техническое обслуживание критически важно для продления срока службы бурового ведра?
Ответ: Правильное техническое обслуживание, включая регулярные осмотры и проверку затяжки болтов, предотвращает преждевременные отказы и увеличивает срок службы ведра.

Вопрос: Какие меры позволяют снизить интенсивность износа буровых вёдер?
Ответ: Использование вёдер, усиленных карбидом вольфрама, корректировка частоты вращения, соблюдение ограничений по нагрузке и внедрение программ прогнозирующего технического обслуживания являются эффективными мерами по снижению интенсивности износа.