入巖旋挖鉆機主機如何處理巖石中能量耗散規律
來源：www.gdhlw.cn 發布時間：2024年07月27日
入巖旋挖鉆機主機應具備的基本條件
巖石中能量耗散規律和動態斷裂準則明確指出：“當加載能量小于某一門檻值時，其加載能量完全不參與裂紋擴展，全部為無用耗散能量；當加載能量達到動態斷裂準則時，巖石動態破壞，無功耗散能量大約為15％。”以這一理論為出發點，入巖旋挖鉆機必須具備大的加壓能力和大的動力頭功率（大扭矩和高轉速）。首先，巖石巖石在大加壓力作用下，可實現巖石節理的貫通和裂紋形成，內聚力消失從而只克服摩擦力就能從巖體上分離；可實現小巖體在壓力作用下被擠壓向自由面，裂紋擴展到自由面，小巖體被剪斷從巖體上分離；也可實現RQD大于75的完整巖石在碾壓作用下形成巖屑。只有完整的巖石被變為碎塊和碎屑，才能實現鉆進。其次，大扭矩和高轉速的液壓動力頭是實現沖擊作業的必要條件。在鉆頭截齒切削軌道上，截齒撞擊凸起的巖體，動力頭被減速，當截齒越過凸起的巖體轉速加快沖向新的凸出巖體，在高速、低速的轉化中巖體不斷被撞擊，高速與低速間速度差越大，凸出巖體得到的沖擊越大，只有大扭矩和高轉速的液壓動力頭才能增大高速與低速間速度差，對于旋挖鉆機（功率較小的破巖機械）入巖而言，沖擊能有效的制造出一些大的載荷從而越過巖石脆性斷裂或塑性屈服的“門檻值”，旋挖鉆機要入巖必須實現沖擊過程。從入巖工況看，必須提高設備自身抗振動能力。入巖作業中的振動來源是鉆頭與巖石間的相互作用、鉆桿彎曲變形、鉆頭偏心、鉆具質量分布不均等。鉆壓在增壓、減壓、浮動模式下連續循環，這一循環是操作者控制的，其頻率大約為0.10～0.3Hz，這也是入巖鉆進的振源之一。其次，入巖作業中某一個或幾個鉆齒不斷撞擊凸起的巖石形成不規律的“剎車”現象，鉆具轉速越高、巖石凹凸不平越多“剎車”頻次越高，這一振動有時頻率很高，而且振動的激勵、疊加和衰竭規律性也很差。從以上振動來源看，無法通過主動振動來抵消被迫振動造成的對設備的損壞，必須提高設備自身抗振動能力。
從巖石破碎的脆性斷裂或塑性屈服的“門檻值”看，要求必須給巖石施加足夠的力。這就要求入巖旋挖鉆機必須有足夠的重量，以實現鉆機大加壓能力。總之，大加壓力、動力頭大功率和鉆機必須有足夠的自重，是入巖對旋挖鉆機設備本身最基本的要求。
巖石中能量耗散規律和動態斷裂準則明確指出：“當加載能量小于某一門檻值時，其加載能量完全不參與裂紋擴展，全部為無用耗散能量；當加載能量達到動態斷裂準則時，巖石動態破壞，無功耗散能量大約為15％。”以這一理論為出發點，入巖旋挖鉆機必須具備大的加壓能力和大的動力頭功率（大扭矩和高轉速）。首先，巖石巖石在大加壓力作用下，可實現巖石節理的貫通和裂紋形成，內聚力消失從而只克服摩擦力就能從巖體上分離；可實現小巖體在壓力作用下被擠壓向自由面，裂紋擴展到自由面，小巖體被剪斷從巖體上分離；也可實現RQD大于75的完整巖石在碾壓作用下形成巖屑。只有完整的巖石被變為碎塊和碎屑，才能實現鉆進。其次，大扭矩和高轉速的液壓動力頭是實現沖擊作業的必要條件。在鉆頭截齒切削軌道上，截齒撞擊凸起的巖體，動力頭被減速，當截齒越過凸起的巖體轉速加快沖向新的凸出巖體，在高速、低速的轉化中巖體不斷被撞擊，高速與低速間速度差越大，凸出巖體得到的沖擊越大，只有大扭矩和高轉速的液壓動力頭才能增大高速與低速間速度差，對于旋挖鉆機（功率較小的破巖機械）入巖而言，沖擊能有效的制造出一些大的載荷從而越過巖石脆性斷裂或塑性屈服的“門檻值”，旋挖鉆機要入巖必須實現沖擊過程。從入巖工況看，必須提高設備自身抗振動能力。入巖作業中的振動來源是鉆頭與巖石間的相互作用、鉆桿彎曲變形、鉆頭偏心、鉆具質量分布不均等。鉆壓在增壓、減壓、浮動模式下連續循環，這一循環是操作者控制的，其頻率大約為0.10～0.3Hz，這也是入巖鉆進的振源之一。其次，入巖作業中某一個或幾個鉆齒不斷撞擊凸起的巖石形成不規律的“剎車”現象，鉆具轉速越高、巖石凹凸不平越多“剎車”頻次越高，這一振動有時頻率很高，而且振動的激勵、疊加和衰竭規律性也很差。從以上振動來源看，無法通過主動振動來抵消被迫振動造成的對設備的損壞，必須提高設備自身抗振動能力。
從巖石破碎的脆性斷裂或塑性屈服的“門檻值”看，要求必須給巖石施加足夠的力。這就要求入巖旋挖鉆機必須有足夠的重量，以實現鉆機大加壓能力。總之，大加壓力、動力頭大功率和鉆機必須有足夠的自重，是入巖對旋挖鉆機設備本身最基本的要求。
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