矿用三牙轮钻头改进的研究

2015-02-03纪文胜郭红雨江少辉高景俊

中小企业管理与科技·中旬刊 2014年10期

纪文胜郭红雨江少辉高景俊

摘要：矿用三牙轮钻头是矿山牙轮钻机用穿孔工具，鞍钢矿山牙轮钻机的空气压缩机逐渐由滑片式空气压缩机转变成螺杆式空气压缩机，导致钻头使用寿命降低，需要研制新产品以适应。文中介绍新产品KX8-32-250型风冷轴承压气排渣三牙轮钻头（非密封）的研制，部分替代原品种KX8-3-250，提高穿孔米道。

关键词：钻头研制米道提高

1 问题的提出及原因分析

1.1 问题的提出

矿用三牙轮钻头是矿山露天开采穿孔的重要工具，不同矿山矿、岩石的特性应用不同型号的钻头，目前主要有KX5-4（软）、KX6-4（中）、KX7-4（硬）、KX8-4（极硬）四种类型。

近年来，鞍钢矿业公司各矿山牙轮钻机的空气压缩机逐渐由滑片式空气压缩机转变成螺杆式空气压缩机。由于空气压缩机方式的改变对牙轮钻头使用寿命造成了很大影响，牙轮钻头使用寿命降低25.9%-58.2%不等。

1.2 使用原品种KX8-3-250钻头2009年与2008年穿孔米道数对比

2008年全年穿孔1918107.2米，使用钻头4829支，单支平均397.2米/支;2009年全年穿孔1881227米，使用钻头5131支，单支平均366.6米/支。同比2009年较2008年钻头单支平均米数下降30.6米。2010年1-2月份穿孔310247米，使用钻头871支，单支平均348.2米/支;同比2009年钻头单支平均米数下降18.4米。

1.3 原因分析

1.3.1 滑片式空气压缩机排气压力为0.28MPa、螺杆空气压缩机排气压力为0.45MPa，排风量增加了62.2%;滑片式空气压缩机排风量为28m3/min和37m3/min，螺杆空气压缩机排风量为40m3/min，机排风量增加了30%和7.5%;排气压力和排风量的增加对钻头轴承系统及外部冲刷、磨损影响较大，减少了钻头轴承及爪背等综合寿命。

1.3.2 排气压力增大了，孔底岩渣较净，避免矿岩重复破碎、提高了穿孔效率，但加剧了钻头泵吸，岩渣加速吸入轴承，同时增加了矿岩对钻头的冲击及磨损，对切削结构及轴承系统影响较大。

1.3.3 滑片式空气压缩机需注油器强制润滑，润滑油量200克每小时，部分润滑油能进入钻头轴承系统润滑冷却钻头轴承，提高钻头轴承系统寿命。而螺杆空气压缩机油气分离，润滑油重复循环利用，无润滑油进入钻头轴承系统。综合以上原因牙轮钻头使用寿命降低25.9%-58.2%不等。

2 解决方案

研发KX8-32-250型矿用牙轮钻头。

在钻头的轴承系统、切削结构等设计和新材料应用等方面采取改进措施，以适应牙轮钻机使用的空气压缩机形式的改变。KX8-32-250型矿用牙轮钻头也是适应性较广的矿用牙轮钻头。

2.1 轴承结构采用滚柱滚动→滚珠滚动→滚柱滚动轴承结构（即滚柱→滚珠→滚柱替代滚珠）。

2.2 牙轮布齿设计采用高强度、高耐磨性的球型硬质合金齿，提高了齿的强度和耐磨性。保持较高突出高度，提高穿孔效率。牙轮布齿采用自洁式，边圈采用阶梯式。

2.3 采用加大牙轮底径，保护爪尖，同时牙爪爪尖堆焊铸造碳化钨的措施，避免爪尖早期磨损。

2.4 轴承系统轴向采用双止推轴承配合，磨擦体磨擦副重新配对：一止推采用高硬度、高耐磨性材料，一止推配合应用双硬质合金止推块结构取代牙爪硬质合金止推块对牙轮高速钢止推块结构;二止推配合采用牙爪二道止推面氧、乙炔堆焊高硬度B4钴铬钨合金。牙轮镶嵌纯铜柱，起到固体润滑的作用，进而提高轴承使用寿命。

2.5 改进原逆止阀结构，采用防回流阀结构。该类型结构具有双重功能：在空压机意外停止工作时，避免空气倒流，尘渣进入轴承;在正常工作时，气水分离，防止水进入轴承，从而提高轴承寿命。

2.6 高精度轴承表面采用先进热处理工艺进行热处理，提高了轴承的承载能力和使用寿命。

2.7 钻头尾扣长度增加7mm，提高了尾扣螺纹连接的稳定性，达到了国家标准要求。

2.8 采用活喷嘴，通过变换活喷嘴来改变排渣风压，提高排渣速度，改善排渣效果，避免钻头对岩渣的重复破碎。

3 技术难点

3.1 轴承系统五组轴承重新优化设计。

3.2 牙轮切削结构，合金齿布齿（齿圈数、各圈齿数）合金齿的埋入深度、突出高度重新结构设计。

3.3 轴承系统轴向一止推采用高硬度、高耐磨性硬质合金材料，采用双硬质合金止推块结构取代牙爪硬质合金止推块对牙轮高速钢止推块结构。

3.4 原逆止阀结构改进，采用防回流阀结构具有双重功能。

3.5 钻头尾扣加工定位基准的改变，尾扣长度增加7mm，提高螺纹连接的稳定性。

4 采取措施

4.1 组建高效率的项目推进协调小组，定期召开项目推进协调会议，对生产过程中遇到的生产、技术、设备、供应以及售后服务等方面的问题进行讨论和决定。

4.2 层层把关，注重细节。工艺流程：产品设计→工艺编制→工装设计→工装制作→工艺试验→新产品试制→工业试验→新产品鉴定。如为加强入厂原材料的质量控制，进一步细化了入厂原材料检验的项目和标准，要求在每次的项目推进协调会上通报入厂原材料的质量检验情况，对出现有质量疑义的入厂原材料，做到马上停用，及时上报，迅速处理，杜绝有质量疑义的原材料进入到生产流通环节。

4.3 设备的保证

4.3.1 设备是确保工件加工精度的基本保证，制定了详细的设备点检制度。除了每周固定的设备点检外，相关工作人员还随时对设备的使用状况进行抽查，严格控制设备的进给速度和进给量，利用设备的空余时间进行日常维护。通过严格的管理，设备的加工精度保持比较好，延长了设备的使用寿命，也保证了工件的加工精度。

4.3.2 设备技术改造。我厂通过技改后，技术装备得到极大的改善。关键设备如下：

①CK3263B 数控机床精车牙爪轴颈

②Z5140B 组合钻床钻牙爪接合销孔

③CK7316 数控机床精车牙轮内孔

④K6150B 数控机床牙轮外锥精加工

⑤HTC63100 数控机床牙轮里孔以车代磨

⑥Y4170 液压机牙轮固齿

⑦DH40 钻铰加工中心牙轮钻铰齿孔

⑧QTF-8-13 易普森渗碳淬火箱式炉牙轮牙爪多种热处理

5 生产过程的控制

有效的生产过程控制是生产出合格产品的基本保障，管理人员深入现场，详细了解每台设备的基本参数以及操作者的技术水平，制定出相应的工时定额，确保操作者在工时定额要求内生产出符合技术要求的产品。通过对设备布局的调整，减少了工件来回周转的次数，加快了生产进度，使生产更加顺畅，也避免了工件周转可能造成的安全事故。

6 售后服务水平的提高

为保证钻头使用数据收集的及时和准确，售后服务人员深入到每台钻机，详细记录每台钻机的工作参数，并利用随身携带的测量工具，对所有的孔进行准确的测量和记录。由于各台钻机操作人员的技术水平参差不齐，售后服务人员还多次组织钻机的操作人员进行技术交流，使钻机操作人员的操作水平有了较大的提高，不仅保证了钻头的合理使用，也有效地提高了各矿的生产效率。

7 及时对标

制定了详细的对标制度，即对穿孔米道高的和低的钻头分别进行分解，研究，和自己的产品对标，和国内其他厂家的产品对标，从而找出自己存在的问题和具有的优势，长处继续发扬，短处及时改进，保证了产品质量的持续、稳定的提高。

8 有效的激励措施

为有效提升广大职工的工作积极性，制定了具体的激励措施，对在工作中表现突出的职工、生产的产品质量稳定性高的职工、能提出合理化建议并经试验验证确实有效的职工定期进行评比和奖励，同时对表现差的职工及时进行心理的辅导和技术水平的培训，对屡教不改的职工进行经济上的处罚或予以辞退。通过上述措施，保证了职工队伍的稳定。

9 实施效果

KX8-32-250型矿用牙轮钻头是2009年矿业公司科技立项成功研发的产品，该项目当年通过了矿业公司组织的专家科学技术成果评议，经过2010年各方面的准备，2011年得到了全面推广，取得了较好的经济效益、社会效益和生态效益。

9.1 经济效益

9.1.1 2010年矿业公司250型钻头全年穿孔176.67万米，矿岩比为1：1.42，使用钻头数量4977只，各矿综合平均米道355米/只。各矿山采场综合统计情况如下：

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9.1.2 2011年250型钻头穿孔情况统计

2011年矿业公司250型钻头穿孔约198.1万米，矿岩比为1：1.35，使用钻头数量4951只，各矿综合平均米道400米/只。

2011年各矿山采场综合统计情况如下：

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9.1.3 250型钻头穿孔情况对比分析

由于各矿地质条件不同，定额不一，因此以各矿为单位分别进行对比分析。

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