ข้อกำหนดด้านการออกแบบ การผลิต และการบำรุงรักษาเครื่องมือเจาะหิน
เครื่องมือเจาะหินเป็นระบบถ่ายโอนพลังงานที่สมบูรณ์แบบ หัวเจาะหินสร้างแรงกระแทกและการหมุน ตัวเชื่อมต่อก้านและเหล็กเจาะส่งผ่านพลังงานนั้น และดอกสว่านจะส่งพลังงานนั้นไปยังหิน หากส่วนใดส่วนหนึ่งในห่วงโซ่นี้เกิดความอ่อนแอ ประสิทธิภาพการเจาะ ความแม่นยำของรูเจาะ อายุการใช้งานของเครื่องมือ และต้นทุนการดำเนินงานก็จะได้รับผลกระทบ
สำหรับงานเหมืองแร่ งานขุดอุโมงค์ งานเหมืองหิน และงานโครงสร้างพื้นฐาน ประสิทธิภาพการเจาะที่ดีไม่ได้มาจากส่วนประกอบเพียงอย่างเดียว แต่ต้องอาศัยอุปกรณ์ที่เหมาะสม การออกแบบเครื่องมือที่ถูกต้อง คุณภาพการผลิตที่คงที่ วัสดุที่เหมาะสม การอบชุบความร้อนที่ถูกต้อง และการใช้งานภาคสนามอย่างระมัดระวัง
เป้าหมายนั้นตรงไปตรงมา: ถ่ายโอนพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ทำลายหินอย่างได้ผล รักษาการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ ลดเวลาหยุดทำงาน และบรรลุต้นทุนที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ต่อเมตรที่เจาะได้
ข้อกำหนดหลักสำหรับเครื่องมือเจาะหิน
ระบบเครื่องมือเจาะที่เชื่อถือได้ควรมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดทั่วไปหลายประการ:
การถ่ายโอนพลังงานจากการกระแทกและการหมุนอย่างมีประสิทธิภาพ
ความสามารถในการทำลายหินอย่างมีประสิทธิภาพ
ความเข้ากันได้กับสว่านเจาะหินและโครงสร้างหิน
โครงสร้างที่เรียบง่าย ทนทาน และผลิตได้ง่าย
ขั้นตอนการบำรุงรักษาและการลับคมใหม่ในทางปฏิบัติ
อายุการใช้งานที่เสถียรและการใช้งานที่ประหยัด
ทนทานต่อความล้า การเสียดสี การกัดกร่อน และการสึกหรอของจุดเชื่อมต่อ
แต่ละส่วนประกอบมีสภาวะการใช้งานที่แตกต่างกัน ก้านสว่านต้องทนต่อแรงกระแทก การดัดงอ แรงบิด และการกัดกร่อน ตัวดอกสว่านต้องรองรับเม็ดมีดคาร์ไบด์พร้อมทั้งทนต่อการสึกหรอและการแตกร้าว ข้อต่อแบบเกลียวต้องส่งผ่านพลังงานโดยไม่หลวมหรือเกิดการเสียดสี ความต้องการที่แตกต่างกันเหล่านี้ต้องนำมาพิจารณาในระหว่างการออกแบบและการผลิต
การออกแบบเหล็กเจาะแบบบูรณาการ
เหล็กเจาะแบบชิ้นเดียวรวมก้าน ตัวแกน และดอกสว่านเข้าไว้ในชิ้นส่วนเดียว เนื่องจากไม่สามารถแยกออกเป็นชิ้นส่วนที่เปลี่ยนได้ การออกแบบจึงควรเน้นอายุการใช้งานที่สมดุลในทุกส่วน
หากส่วนใดส่วนหนึ่งชำรุดเสียหายเร็วกว่าส่วนอื่นๆ มูลค่าทางเศรษฐกิจของเครื่องมือทั้งหมดก็จะลดลง ตัวอย่างเช่น ดอกสว่านที่แข็งแรงก็แทบไม่มีค่าอะไรเลยหากปลายก้านดอกสว่านสึกหรอเร็ว และตัวคันเบ็ดที่ทนทานก็ไม่สามารถชดเชยการสึกหรออย่างรวดเร็วของดอกสว่านได้
การอบชุบความร้อนมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง บริเวณต่างๆ ของเหล็กกล้าสำหรับเจาะแบบชิ้นเดียวอาจต้องการระดับความแข็งและความเหนียวที่แตกต่างกัน บริเวณที่อ่อนตัวลงซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการผลิตอาจส่งผลต่ออายุการใช้งานจากการล้าอย่างมาก หากบริเวณนี้ตั้งอยู่ในบริเวณที่มีความเค้นสูงซึ่งคลื่นกระแทกมารวมกัน ความเสี่ยงต่อการแตกหักก็จะเพิ่มขึ้น
ส่วนปลายของก้านเครื่องมือจำเป็นต้องมีความแข็งผิวที่ดีเพื่อทนต่อการสึกหรอ และมีความเหนียวภายในที่เพียงพอเพื่อดูดซับแรงกระแทกซ้ำๆ การเปลี่ยนผ่านระหว่างโซนแข็งและโซนเหนียวควรเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไป การเปลี่ยนแปลงความแข็งหรือโครงสร้างจุลภาคอย่างฉับพลันอาจทำให้เกิดการกระจุกตัวของความเค้นและลดความน่าเชื่อถือได้
ความตรง, สภาพพื้นผิว และอายุการใช้งานจากการล้า
คุณภาพพื้นผิวของเหล็กดอกสว่านมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการรับแรงล้า ข้อบกพร่องเล็กน้อยอาจกลายเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกภายใต้แรงกระแทกซ้ำๆ
ข้อบกพร่องที่อาจเป็นอันตราย ได้แก่:
รอยขีดข่วนและรอยบุบ
หลุมกัดกร่อน
ชั้นผิวที่ลดคาร์บอน
คราบออกไซด์
เครื่องหมายระบุตัวตนที่คมชัด
ร่องรอยการกลึงหยาบ
รัศมีช่วงเปลี่ยนผ่านเล็ก ๆ บริเวณไหล่
ปลายก้านไม่ตรง
หน้าก้านที่ไม่ตั้งฉาก
ปลายก้านที่ไม่ตั้งฉากกับแกนของแท่งเจาะ อาจทำให้เกิดแรงกระแทกที่ไม่สมดุล ซึ่งอาจเร่งให้เกิดความล้าของแท่งเจาะ ทำลายหน้าสัมผัสของลูกสูบเจาะหิน เพิ่มการสึกหรอของร่องฟัน และก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนที่ไม่จำเป็น
ผู้ผลิตควรใช้กระบวนการกลึง การอบชุบความร้อน การดัด และการตรวจสอบที่ควบคุมอย่างเป็นระบบ ผู้รับเหมาควรนำแท่งโลหะที่ชำรุดออกจากใช้งานก่อนที่ข้อบกพร่องบนพื้นผิวจะลุกลามกลายเป็นรอยแตกร้าวจากความล้า
การป้องกันการกัดกร่อนและการยิงลูกปืน
เครื่องมือเจาะหินมักทำงานในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นและกัดกร่อน น้ำในเหมือง น้ำมันหล่อลื่นในการเจาะ และความชื้นในการจัดเก็บสามารถก่อให้เกิดการกัดกร่อนเป็นหลุม ซึ่งลดความต้านทานต่อความล้าได้
การป้องกันการกัดกร่อนควรครอบคลุมทั้งพื้นผิวด้านนอกของแท่งโลหะและรูระบายภายใน (ถ้ามี) สามารถใช้สารเคลือบที่มีฟอสเฟตเป็นส่วนประกอบ น้ำมันป้องกัน แว็กซ์ หรือระบบป้องกันการกัดกร่อนอื่นๆ ที่ได้รับการอนุมัติได้ตามกระบวนการของผู้ผลิตและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น
การพ่นเม็ดเหล็ก (Shot peening) ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการต้านทานความล้าได้อีกด้วย กระบวนการนี้จะสร้างแรงอัดในชั้นผิว ช่วยต้านทานการเกิดรอยแตก ขนาดของเม็ดเหล็ก ความเร็ว การครอบคลุม และการควบคุมกระบวนการที่เหมาะสมจะต้องได้รับการตรวจสอบความถูกต้องสำหรับเหล็กกล้าและรูปทรงของดอกสว่านนั้นๆ ค่ากระบวนการในอดีตเป็นข้อมูลอ้างอิงที่มีประโยชน์ แต่ไม่ควรนำมาใช้โดยปราศจากการยืนยันทางวิศวกรรม
การออกแบบดอกสว่านและการเลือกใช้คาร์ไบด์
ดอกสว่านต้องเหมาะสมกับชนิดของหิน วิธีการเจาะ ขนาดรูเจาะ และกำลังของแท่นเจาะ ดอกสว่านแบบใบมีด ดอกสว่านแบบกากบาท ดอกสว่านแบบปุ่ม และแบบอื่นๆ มีจุดแข็งและข้อจำกัดที่แตกต่างกัน
ดอกสว่านแบบใบมีดนั้นเรียบง่ายและมีประโยชน์ในการเจาะรูตื้นหรือรูขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม คมตัดอาจสึกหรอไม่สม่ำเสมอและอาจมีข้อจำกัดในการใช้งานกับรูขนาดใหญ่หรือสภาพหินที่ยากลำบาก
ดอกสว่านแบบปุ่มมีรูปแบบปุ่มที่ยืดหยุ่นและสามารถเจาะหินได้หลายจุด ให้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น การรักษาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ดีขึ้น และระยะเวลาการลับคมที่ยาวนานขึ้นในงานที่เหมาะสม จำนวนปุ่ม เส้นผ่านศูนย์กลาง ระยะยื่น ระยะห่าง ความเอียง และการออกแบบการล้าง ต้องเลือกให้เหมาะสมเป็นระบบ
การเลือกใช้คาร์ไบด์ต้องพิจารณาความสมดุลระหว่างความทนทานต่อการสึกหรอและความเหนียว คาร์ไบด์เกรดที่แข็งกว่าอาจทนต่อการเสียดสีได้ดีกว่า แต่ก็อาจไวต่อการรับน้ำหนักเกิน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน และการลับคมที่ไม่ดี ในขณะที่คาร์ไบด์เกรดที่เหนียวกว่าอาจทนต่อแรงกระแทกและหินที่มีลักษณะแปรปรวนได้ดีกว่า แต่ก็อาจสึกหรอได้เร็วกว่าในชั้นหินที่มีการเสียดสีสูง
ดังนั้น ควรตรวจสอบเกรดคาร์ไบด์ที่เหมาะสมผ่านการทดสอบภาคสนาม โดยพิจารณาจากความสามารถในการกัดกร่อนของหิน ความแข็ง สภาพการแตกหัก พลังงานในการเจาะ การชะล้าง และอายุการใช้งานที่ต้องการ
การยึดปุ่มและความแข็งแรงของตัวดอกสว่าน
ดอกสว่านแบบมีปุ่มอาจใช้การใส่แบบร้อนหรือการอัดเย็นเพื่อยึดปุ่มคาร์ไบด์ ในการใส่แบบร้อน ตัวดอกสว่านที่ร้อนจะขยายตัว ทำให้สามารถติดตั้งปุ่มได้ก่อนที่เหล็กจะหดตัวในระหว่างการเย็นตัว ในการอัดเย็น ปุ่มจะถูกดันเข้าไปในรูด้วยแรงกดที่ควบคุมได้
ทั้งสองวิธีนี้จำเป็นต้องใช้ขนาดรูที่แม่นยำและการสอดใส่ที่เหมาะสม การสอดใส่มากเกินไปอาจทำให้คาร์ไบด์แตกหรือตัวดอกสว่านเสียรูปทรงได้ การสอดใส่น้อยเกินไปอาจทำให้ปุ่มเคลื่อนที่หรือหลุดหายได้
ตัวดอกสว่านต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะรองรับปุ่มยึดในระหว่างการเจาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณที่วัดระยะ ปุ่มยึดจะสัมผัสกับผนังด้านข้างและเกิดการเสียดสีอย่างมาก หากรูสำหรับปุ่มยึดเสียรูป ปุ่มยึดอาจหลวมและดอกสว่านอาจเสียเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างรวดเร็ว
การออกแบบหัวกัดที่ดีจำเป็นต้องมีพื้นที่สำหรับระบายเศษวัสดุอย่างเพียงพอ การกำจัดเศษวัสดุที่ไม่ดีจะทำให้ต้องลับคมซ้ำ เกิดความร้อน การสึกหรอ และสิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้น ร่องบนหน้าหัวกัดและรูระบายที่ออกแบบมาอย่างดีจะช่วยนำเศษวัสดุออกจากก้นรู
การใช้งานและการบำรุงรักษาภาคสนามที่ถูกต้อง
แม้แต่เครื่องมือเจาะคุณภาพสูงก็อาจชำรุดเสียหายก่อนกำหนดได้หากใช้งานไม่ถูกต้อง ขั้นตอนการใช้งานที่เป็นระบบระเบียบจึงเป็นสิ่งสำคัญ
ในระหว่างขั้นตอนการเจาะ ให้ควบคุมแรงกระแทกและลดแรงป้อนจนกว่ารูจะทะลุ เมื่อหัวเจาะอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมแล้ว การเจาะสามารถดำเนินต่อไปได้ตามการตั้งค่าการทำงานที่แนะนำ การป้อนมากเกินไปอาจเพิ่มความเค้นดัดและเร่งการสึกหรอของหัวเจาะ การป้อนน้อยเกินไปอาจสร้างความเค้นดึงที่เป็นอันตรายและทำให้การเจาะไม่มีประสิทธิภาพ
ควรหลีกเลี่ยงการใช้ค้อนตอกเครื่องมือเจาะในระหว่างการติดตั้งหรือถอด ควรใช้เครื่องมือถอดโดยเฉพาะ ความเสียหายจากภายนอก เช่น การใช้ค้อน หิน หรือการใช้งานที่ไม่เหมาะสม อาจลดอายุการใช้งานของเครื่องมือลงอย่างมาก
รักษาข้อต่อเกลียวให้สะอาดและหล่อลื่นด้วยจาระบีสำหรับเกลียวที่เหมาะสม ปลอกข้อต่อหรือบริเวณเกลียวที่ร้อนอาจบ่งบอกถึงแรงเสียดทานมากเกินไป การประกอบที่ไม่พอดี การปนเปื้อน หรือการสึกหรอ ข้อต่อและแกนที่เสียหายควรได้รับการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนใหม่ก่อนที่จะทำให้ส่วนประกอบอื่นๆ เสียหาย
ห้ามปล่อยให้เกิดการยิงเปล่าเป็นเวลานาน โดยที่ลูกสูบของสว่านกระแทกกับเหล็กของสว่านโดยที่ดอกสว่านไม่ได้ยึดติดกับหิน การกระทำเช่นนี้สามารถสร้างความเค้นดึงสะท้อนกลับอย่างรุนแรงและทำให้เม็ดมีดคาร์ไบด์ ตัวยึดปุ่ม ปลายก้าน และแกนสว่านเสียหายได้
ควรลับคมดอกสว่านก่อนที่จะสึกหรอมากเกินไป คมตัดที่สึกหรอมากเกินไปนั้นยากที่จะซ่อมแซมโดยไม่สิ้นเปลืองคาร์ไบด์ และอาจทำให้เกิดความเสียหายที่ลดประสิทธิภาพของเครื่องมือได้ การลับคมควรใช้ล้อที่เหมาะสม แรงกดปานกลาง และวิธีการระบายความร้อนที่ถูกต้องเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปและการแตกร้าว
บทสรุป
ประสิทธิภาพของเครื่องมือเจาะหินขึ้นอยู่กับระบบที่สมบูรณ์แบบ ตั้งแต่การออกแบบ วัสดุ การผลิต การใช้งาน และการบำรุงรักษา เหล็กกล้าสำหรับเจาะที่แข็งแรงเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ รูปทรงดอกสว่านที่ดีเพียงอย่างเดียวก็ไม่เพียงพอ ชุดเจาะทั้งหมดต้องเข้ากันได้กับแท่นเจาะ ชั้นหิน และเป้าหมายการเจาะ
ด้วยการควบคุมคุณภาพพื้นผิว การอบชุบด้วยความร้อน การป้องกันการกัดกร่อน การเลือกใช้คาร์ไบด์ การยึดปุ่ม การออกแบบระบบล้าง และวิธีปฏิบัติของผู้ปฏิบัติงาน ผู้รับเหมาเจาะสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอในการเจาะ ลดเวลาหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด และยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือเจาะได้
