Minden erő, amit egy fúrórúd érez a föld alatt (és miért változtatja meg az acélvásárlás módját az ismereteik)

A legtöbb ember, aki fúrórudat vásárol, abban a hitben gondolkodik, hogy hány méter után törik el. Ez egy beszerzési táblázathoz megfelelő. De ha meg akarod érteni...MiértA rudak meghibásodásához – és ahhoz, hogy a drágák miért nem, az olcsók pedig miért mennek néha sikerrel – erők viszonylatában kell gondolkodni.

Egy fúrórúd egyszerűnek tűnik. Egy acélrúd, mindkét végén menettel. De a harminc másodperc, ami egy méternyi lyuk fúrásához szükséges, olyan terhelési profilnak teszi ki a rudat, amelyet kevés gépalkatrész lát valaha is. Itt minden erő megjelenik, abban a sorrendben, ahogyan a rudat érik.

Axiális nyomás és húzás – A húzó-toló ciklus

Ez a nyilvánvaló. A dugattyú nekiütközik a száradapternek. A szár nekiütközik a rúdnak. A rúd nekiütközik a fúrófejnek. A fúrófej nekiütközik a sziklának.

De amit sokan nem vesznek észre: a kő visszaüt.

Amikor a fúrófej a sziklafalnak csapódik, a kőzet nemcsak elnyeli az ütést, hanem egy visszavert feszültséghullámot küld vissza a húron felfelé. Ez a hullám húzóhullám – húzza a rudat ahelyett, hogy tolná. Tehát egyetlen ütési eseményen belül a rúd az összenyomásból a feszítésbe és vissza állapotba kerül. Másodpercenként 50 ütésnél ez másodpercenként 50 teljes toló-húzó ciklust jelent, óránként pedig 180 000-et.

Minden menetgyök, minden keresztmetszet-változás, minden kohászati ​​folytonossági hiányosság a rúdban percenként háromezerszer nyúlik és nyomódik. A rúd azért éli túl, mert a feszültségszintek a megfelelően hőkezelt acél kifáradási határa alatt maradnak. De ha ez a határ lecsökken – túlmelegedés, felületi hiba vagy a hőkezelés gyenge pontja miatt –, az óra ketyegni kezd.

Hajlítási feszültség – a karcsúság problémája

A fúrórúd egy karcsú oszlop. Az alagútfúráshoz használt R32-es rudak akár három méter hosszúak is lehetnek, a menetes szakaszuk átmérője pedig 32 milliméter. Ez egy közel 100:1-es oldalarányt jelent.

Három dolog befolyásolja a hajlítást ebben az oszlopban. Már önmagában a gravitáció is meghajtja a hosszú rudakat, különösen tíz vagy több darabból álló sorozatban. Az előtoló erő – a fúrót előre nyomó nyomás – tovább növeli a hatást, ha a rúd nem tökéletesen egyenes. Az ütőerő pedig, ha a rúd nem teljesen egyenes, minden ütéssel hajlító komponenst hoz létre, mivel az energia útja eltér a középvonaltól.

A hajlítófeszültség azért számít, mert additív. Egy tiszta axiális nyomás alatt álló rúd akár 200 kN ütést is elbírhat. Ha ehhez hozzáadunk egy enyhe meghajlásból vagy rossz beállításból eredő hajlítónyomatékot, a hajlítás külső szálánál a csúcsfeszültség kétszerese lehet annak, amit az axiális terhelés önmagában eredményezne. Így törik el egy rúd, amelyet lddhhhh meg kellett volna bírnunk " a névleges átmérőjének felénél.

Torziós feszültség – A csavarás

A hidraulikus sodrófán lévő forgatómotor nyomatékot fejt ki a teljes fúrórúd – a szár, a rudak, a csatlakozók és a fúrófej – megforgatására. A rudaknak ezt a nyomatékot kell továbbítaniuk, miközben egyidejűleg viselik az axiális ütéseket és a jelenlévő hajlító terhelést.

A torziós feszültség hozzáadódik az együttes feszültségi állapothoz. Egy torziós, hajlító és axiális ütés alatt álló rúd háromtengelyű feszültségi állapotban van. A törés előrejelzése ebben az állapotban nem egyszerű – ez a relatív nagyságrendektől és az anyag többtengelyű terhelésre adott válaszától függ. A gyakorlatban az számít, hogy egy nagy torziós merevségű rúd jobban bírja az együttes terhelést, mint egy könnyen csavarodó, mivel a kisebb szögelhajlás azt jelenti, hogy kevesebb energia disszipálódik a rúdtestben ahelyett, hogy a kőzetbe jutna.

Külső kopás – súrlódás, forgácsok és víz

Nem minden erő a fúróból származik. Maga a furat is abrazív környezet.

A rúd a furat falához dörzsölődik, különösen akkor, ha a furat eltér az egyenes vonaltól. A kőzetzúzalék örvénylik a rúd körül, amit az öblítővíz hordoz, és nedves csiszolópapírként súrolja a felületet. Maga az öblítővíz, amely gyakran finom abrazív részecskéket tartalmaz, idővel erodálja a rúd felületét. Korrozív talajvízben – például savas bányavízben – az acél kémiai támadásnak van kitéve, miközben mechanikai terhelés is éri, ez a kombináció a feszültségkorróziós mechanizmusokon keresztül felgyorsítja a fáradásos repedést.

Ezért fontos a rudak felületkezelése, és ezért viselkedhetnek eltérően a föld alatt azok a rudak, amelyek a specifikációs lapon ugyanúgy néznek ki. A sima, jól megmunkált felület ellenáll a repedések kialakulásának. A megmunkálási nyomokkal vagy revével borított durva felület kiindulópontot jelent a korrózió és a kifáradás kialakulásához.

A Wild Cards – Különleges Műveleti Műveletek

Aztán vannak olyan dolgok, amikre a botot sosem tervezték, de mégis megkérik.

Laza kőzet kifeszítése a fúrószállal. Beragadt rúd kirántása egy beomlott furatból. Vakütés, amikor az előtolási nyomás csökken és a fúró elveszíti a kapcsolatot a kőzetfelülettel. A rúd befuttatása egy simára robbantott kerületű furatba, ahol a falak repedezettek és kapaszkodók. Mindezek olyan terheléskombinációkat rónak a rúdra, amelyek kívül esnek a tervezési kereten.

Egy feszítővas, ami ezer méteren át normál fúrást bír, az első feszítővas mozdulatnál elromolhat. Az erők mások, a feszültségkoncentrációk mások, és a rúd nem tudja vagy nem érdekli, hogy lddhhhh, állítólag tovább tart.

Miért fontos ez vásárláskor?

Íme a gyakorlati tanulság. Ha két hasonló specifikációjú – azonos menettípusú, azonos hosszúságú, azonos acélminőségű – fúrórudat nézünk, amelyek közül az egyik 30%-kal többe kerül, a különbség szinte mindig abban rejlik, hogy a rúd hogyan kezeli ezt a többtengelyes terhelési környezetet.

Az olcsóbb rúdnak lehet megfelelő a felületi keménysége, de éles az átmenete a maghoz, ami miatt hajlamos a hajlítási kifáradásra. Lehet, hogy megfelelő a szakítószilárdsága, de gyenge a felületi kidolgozása, ami a korróziónak ad teret. Lehet, hogy megfelelő a geometriája, de egyenetlen az egyenessége, így a húrban lévő minden rúd hozzáadja a saját hajlítási komponensét.

A drágább és tovább tartó rúd nem varázslat. Ez csak acél, amit úgy dolgoztak fel, hogy mind az öt erőviszonyokat egyszerre kezelje, ne csak azt, amelyiket a legkönnyebben lehet specifikálni.