L8 潛孔鉆機動力頭修復工藝技術研究

劉松茂

攀鋼礦業公司攀枝花鐵礦 四川攀枝花 617000

L8 潛孔鉆機的回轉動力裝置是采用雙液壓馬達驅動的回轉動力裝置，能提供 6 200 N·m 的強大回轉轉矩。該回轉動力裝置的應用有利于提高 L8 潛孔鉆機的鉆孔質量，減少卡鉆風險；其與鉆管之間的連接為浮動式連接，提高了鉆管及回轉裝置的使用壽命。

1 使用情況

回轉動力裝置裝配示意如圖 1 所示。

圖1 回轉動力裝置裝配示意

2012 年 4 月，3 臺阿特拉斯 L8 潛孔鉆機在攀枝花鐵礦投入使用，運行至今，因使用年限長、工作負荷大、作業環境惡劣，潛孔鉆機的動力頭主軸及馬達齒輪軸出現晃動，導致動力頭內軸承基孔磨損嚴重，竄風漏油故障頻發。曾采用更換軸承的方法進行處理，但故障一直未能有效解決，設備故障率極高。

2 動力頭損壞原因分析

(1)在 L8 潛孔鉆機實際作業過程中，動力頭進氣座時常發生竄風漏油故障，高壓風將箱體內的稀油吹走，造成軸承因缺少潤滑振動磨損軸承基孔。

(2)進氣密封采用格萊圈與動力頭回轉主軸配合。格萊圈密封失效導致進氣座竄風漏油。格萊圈密封失效的原因：一是格萊圈安裝精度要求過高，裝配時很難保證；二是鉆機作業過程鉆桿的晃動、夾鉆等，造成動力頭主軸擺動過大，同時格萊圈的密封補償尺寸極為有限，導致密封失效。

3 動力頭修復工藝

為解決動力頭基孔磨損問題，現場曾嘗試不同的方案，但均未徹底解決。例如：軸承基孔加工后鑲嵌鋼套，使用半個月后，修復的動力頭再次出現竄風漏油故障，經分析，鑲嵌的鋼套過薄，裝配過盈量小，鋼套與動力頭箱體受力不均，易產生振動磨損損壞；用金屬修補劑對軸承基孔進行修補，難度過大，精度達不到裝配要求。

動力頭箱體為鑄鋼材料，體積較小，箱體壁較薄，最薄處不足 7 mm，對焊接修復工藝及裝配精度要求較高。經反復研究分析，為保證修復質量，從動力頭軸承基孔、進氣座密封 2 個方面入手，重新調整了修復工藝。

3.1 軸承基孔先堆焊再加工

動力頭由箱體及箱蓋組成，共有 6 處軸承基孔需要進行堆焊處理，分別是 30224 軸承基孔 1 處，2206EC 軸承基孔 2 處，箱蓋上 208ECP 軸承基孔 2處，2206EC 軸承基孔 1 處。對動力頭軸承基孔進行堆焊，厚度不得超過 2 mm，堆焊后再按軸承型號及安裝精度要求，重新加工軸承基孔。

3.1.1 焊前處理

先將動力頭箱體及箱蓋的油泥清洗干凈，再用角磨機把需堆焊的基孔磨出金屬光澤。

碳鋼鑄件的淬硬傾向大，冷焊易裂，應作預熱處理。可用氧氣-乙炔在動力頭箱體及箱蓋基孔堆焊處及周邊整體先迅速擺動預熱幾分鐘，然后在基孔局部部位緩慢移動保持 10 min (視箱體壁厚而定)，加熱至300～350 ℃，堆焊處充分預熱后施焊。

3.1.2 焊接處理

箱體及箱蓋基孔堆焊在固定廠房進行，防止焊接過程中，工件快速冷卻造成焊接裂紋。用鑄鐵焊條對稱堆焊，每層堆焊后均要及時清除藥渣，由內向外均勻地錘擊補焊區域。每堆焊一層還需反復加熱，再迅速堆焊，以降低焊接應力，避免產生焊接裂紋。

3.1.3 焊條處理

焊接前焊條要先烘干 1 h，溫度為 150～250 ℃。焊條烘干后放置在保溫箱中，隨用隨取。

3.1.4 焊后處理

按 ASTMA352/A352M2006 規定，堆焊后的工件必須去除應力。將堆焊后的箱體及箱蓋用氧-乙炔加熱到表面出現肉眼可見的暗紅色，立即在箱體及箱蓋基孔處蓋上石棉板保溫，使之緩慢冷卻。保溫時間不少于 120 min，冷卻到 100 ℃ 以下即可。

3.1.5 焊后檢測

堆焊后箱體及箱蓋，按 JB/T 5263—2005 標準規定，采用無損檢測方式檢查焊接質量，保證焊接后工件的安全性及可靠性。

采用便攜式布氏硬度計對堆焊后箱體及箱蓋進行硬度檢測，主要檢查工件焊后處理效果。如果回火溫度不夠或時間不足，容易引起局部應力集中，造成堆焊基孔強度高，可塑性差，不易機加工。

用手提砂輪機磨平焊后基孔，用便攜式布氏硬度計測量硬度。對比堆焊后箱體及箱蓋基孔與本體硬度值，若 2 個硬度值相近，則說明焊后處理效果較好；若硬度值相差 20 以上，須返工，直至基孔焊后硬度與本體接近。

3.1.6 軸承基孔機加工

動力頭箱體內的軸承基孔加工基準：使用數控機床以動力頭箱體內未磨損的孔作為基準找正，使軸承外圈與基孔更緊配合安裝；以軸承外圈裝配標準來加工軸承基孔尺寸，精度等級采用 6 級。修復前后的動力頭箱體內的軸承基孔如圖 2 所示。

圖2 修復前后的動力頭箱體軸承基孔

動力頭箱蓋上的軸承基孔加工基準：以回轉馬達安裝平面及未磨損孔為基準，用數控機床加工軸承孔；以軸承外圈裝配為標準，加工軸承基孔，精度等級采用 6 級。修復前后的動力頭箱蓋上的軸承基孔如圖 3 所示。

圖3 修復前后的動力頭箱蓋軸承基孔

3.2 動力頭導氣座密封方式

原動力頭進氣密封方式為格萊圈與動力頭回轉主軸封配合。格萊圈(90×106×6) 安裝精度要求過高，很難保證。改進時，采用高壓骨架油封(45×65×6)與導氣密封座配合，裝配簡單，運行可靠性更高。利用原動力頭主軸軸頭密封部位進行局部堆焊，如圖 4所示。用普通鋼材加工導氣密封座如圖 5 所示。

圖4 動力頭主軸軸頭的密封加工

圖5 導氣密封座的加工

4 結語

L8 潛孔鉆機是進口設備，備件采購成本高、周期長，缺乏相關技術資料。現場技術人員通過不斷探索研究，確定了軸承基孔先堆焊后加工的修復工藝，并將原格萊圈密封改為高壓骨架油封與導氣密封相結合的形式。修復后的動力頭于2021 年5 月8 日應用到 1 號鉆機，已穩定運行至今，修復后的使用周期達到了新動力頭的80% 左右，延長了進口設備基礎件的使用壽命。