张佳佳
河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司 河北滦州 063701
KY-310A牙轮钻机是现阶段露天矿山主要的采矿穿孔设备，近年来随着露天矿山不断深入开采，穿孔数量增多，导致牙轮钻杆的消耗量呈指数式增加，牙轮钻杆外购成本猛增。为了进一步降低外购成本，实现矿山内部加工制作牙轮钻杆的目的，因此利用现有机械加工设备对牙轮钻杆的加工方法进行改进。
2.1 钻杆结构
图1所示牙轮钻杆由钻杆上接头、无缝钢管、圆柱销和钻杆下接头4部分组成，钻杆中空作为排渣气道。钻杆全长9.38m、直径273mm。钻杆上接头、无缝钢管和钻杆下接头之间为过盈配合联接，配合处均布4个φ36mm圆柱销以增加扭矩。
图1 牙轮钻杆
2.2 加工设备
主要加工设备及用途：①GB4040型卧式带锯床，主要用于加工钻杆上下接头、无缝钢管的长度。②TPX6111B型卧式铣镗床，主要用于对无缝钢管两端镗孔，加工钻杆上下接头的槽口。③Z3050×16/1型摇臂钻床，主要用于粗加工钻杆上下接头的中心孔。④CW61100E卧式车床，主要用于加工钻杆上下接头。⑤自制小车，主要用于钻杆上下接头与无缝钢管的装配找正和焊接作业。
2.3 加工难点
经过对牙轮钻杆的结构进行分析，按照外购的牙轮钻杆的加工工艺进行制作，存在以下困难。
（1）现有设备加工能力不足 矿山现有最大车床为CW61100E型卧式车床1台，其最大加工工件长度为5m。牙轮钻杆属于超细长、超大备件，全长9.38m，质量约1.5t，如果整体加工，现有设备加工能力不能满足要求，因此只能采取分体加工的方法。
（2）钻孔加工存在难度 按照钻杆设计要求，钻杆上接头长度为630mm、下接头长度为590mm；
上下接头中心孔作为排渣气道，为80mm通孔。但是现有摇臂钻床最大钻孔长度为380mm，最大加工直径为60mm，不能一次性将钻杆上下接头的φ80mm中心孔打通。
（3）分体加工难度较大 钻杆上下接头可以使用车床加工，但无缝钢管长度为8.25m，且无缝钢管两端与钻杆上下接头相配合的孔难以加工，加工完成后，焊接时也会不可避免地产生变形，变形严重时钻杆直线度超差，影响使用。
3.1 加工无缝钢管
无缝钢管的具体加工步骤如下。
1）挑选一根直线度误差小、壁厚为30mm的无缝钢管[1]，使用GB4040型卧式带锯床截取无缝钢管长度为8.25m。
2）在TPX6111B型卧式铣镗床轴向方向5m处安装V形支架，用于支撑无缝钢管尾端。
3）镗孔。首先转动卧式铣镗床工作台，使工作台T形槽与卧式铣镗床主轴径向平面垂直；
然后将无缝钢管一端安放在卧式铣镗床工作台T形槽中，另一端放在V形支架上。
4）在卧式铣镗床主轴上安装激光笔，使用激光笔调整无缝钢管垂直于卧式铣镗床主轴径向平面，保证镗孔后的同轴度。
5）调整结束，将无缝钢管固定在卧式铣镗床工作台上，按照图样要求对无缝钢管进行镗孔并加工焊接坡口。
6）用上述方法加工另一端。
3.2 加工钻杆上下接头
钻杆上下接头的具体加工步骤如下。
1）挑选适用于钻杆上接头长度为630mm、下接头长度为590mm的圆钢。
2）安装固定工件。在钻床底座上安装工作台，将钻杆接头垂直安装在钻床平台上，使用宽座直角尺和斜铁将钻杆接头找正；
使用专用夹具将钻杆接头垂直固定在工作台上；
使用Z3050×16/1型摇臂钻床加工钻杆上下接头中心孔。
3）使用同样的方法对另一端面进行钻孔，直至中心孔钻通为止。
4）按照图样要求，使用CW61100E型卧式车床加工钻杆接头；
使用TPX6111B型卧式铣镗床加工钻杆接头槽口。
3.3 整体装配加工
整体装配加工的具体步骤如下。
1）装配、找正。在进行无缝钢管轴端和钻杆接头装配时，一方面将无缝钢管放置在自制小车上，并将无缝钢管两端加热至合适温度，钻杆接头与无缝钢管采用过盈热装配，用钻杆接头的轴肩和无缝钢管两端孔的端面保证同轴度[2]；
另一方面使用千斤顶配合激光笔进行直线度找正，在无缝钢管与钻杆接头的配合处圆周方向间隔90°测量4个点，直至达到同轴度设计要求，并用电焊进行初步固定。
2）焊接。装配、找正完成后，使用二氧化碳气体保护焊对钻杆接头和无缝钢管处进行圆周满焊。
3）钻孔。将钻杆半成品安装在摇臂钻床工作台上，使用φ36mm钻头在圆周方向间隔90°钻4个深度为50mm的盲孔。
4）安装定位销。将长度40mm的定位销与销孔过盈配合安装，将销孔剩余部分用电焊填平[3]。
经过反复研究，依据现有设备能力实现了牙轮钻杆的内部加工制作，降低了外购成本。钻杆加工完成后，经过实际使用证明效果良好，牙轮钻杆使用寿命显著提高，平均使用寿命提高了6600m，最高可达21000m，每年可节省费用67.9万元。
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