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入岩旋挖钻机主机应具备基本条件:
岩石中能量耗散规律和动态断裂准则明确指出:“当加载能量小于某一门槛值时,其加载能量完全不参与裂纹扩展,全部为无用耗散能量;当加载能量达到动态断裂准则时,岩石动态破坏,无功耗散能量大约为15%。”以这一理论为出发点,入岩旋挖钻机必须具备大加压能力和大动力头功率(大扭矩和高转速)。首先,岩石岩石在大加压力作用下,可实现岩石节理贯通和裂纹形成,内聚力消失从而只克服摩擦力就能从岩体上分离;可实现小岩体在压力作用下被挤压向自由面,裂纹扩展到自由面,小岩体被剪断从岩体上分离;也可实现RQD大于75完整岩石在碾压作用下形成岩屑。只有完整岩石被变为碎块和碎屑,才能实现钻进。其次,大扭矩和高转速液压动力头是实现冲击作业必要条件。在钻头截齿切削轨道上,截齿撞击凸起岩体,动力头被减速,当截齿越过凸起岩体转速加快冲向新凸出岩体,在高速、低速转化中岩体不断被撞击,高速与低速间速度差越大,凸出岩体得到冲击越大,只有大扭矩和高转速液压动力头才能增大高速与低速间速度差,对于旋挖钻机(功率较小破岩机械)入岩而言,冲击能有效制造出一些大载荷从而越过岩石脆性断裂或塑性屈服“门槛值”,旋挖钻机要入岩必须实现冲击过程。从入岩工况看,必须提高设备自身抗振动能力。入岩作业中振动来源是钻头与岩石间相互作用、钻杆弯曲变形、钻头偏心、钻具质量分布不均等。钻压在增压、减压、浮动模式下连续循环,这一循环是操作者控制,其频率大约为0.10~0.3Hz,这也是入岩钻进振源之一。其次,入岩作业中某一个或几个钻齿不断撞击凸起岩石形成不规律“刹车”现象,钻具转速越高、岩石凹凸不平越多“刹车”频次越高,这一振动有时频率很高,而且振动激励、叠加和衰竭规律性也很差。从以上振动来源看,无法通过主动振动来抵消被迫振动造成对设备损坏,必须提高设备自身抗振动能力。
从岩石破碎脆性断裂或塑性屈服“门槛值”看,要求必须给岩石施加足够力。这就要求入岩旋挖钻机必须有足够重量,以实现钻机大加压能力。总之,大加压力、动力头大功率和钻机必须有足够自重,是入岩对旋挖钻机设备本身最基本要求。
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