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        工作应力载荷谱在钎具上的应用 ,在钻进过程中,钎杆作为传递能量的载体,一端接受凿岩机活塞给予的冲击能量,经过杆体,从另一端传播给钎头破碎岩体。在这一能量传播的过程中,钎杆的几何结构、形状及内部组织,将对能量的传递产生直接的影响。而能量传播的行为和数量,对钎杆的破断与使用寿命也有直接的影响。然而,钎钢工作者更关心的是,在实际钻凿过程中,钎杆受力的性质、及其分布状态。因为,这是判断钎杆在钻进中发生破断的性质以及估测钎杆使用寿命的基础。对于中空钢种的选择、钎杆结构形状的设计、加工工艺技术的判定和使用时的要求,也具有重要的指导作用。
        用于锥形连接钎杆疲劳特性的分析众所周知,腐蚀疲劳是锥形连接钎杆破断的重要特征之一。因而分析锥形钎杆的疲劳特性,判断它属于应力疲劳(即高周疲劳)还是应变疲劳(低周疲劳)是很有价值的,因为,这两类疲劳对钎杆材质的基础力学性能要求是不相同的。过去。由于未测出钎杆实际凿岩时的应力波谱,只得对钎杆的受力特征作出种种的假设,然而据此对锥形连接钎杆的疲劳类别,所作的判断都是不明确的。
        应用钎杆工作应力载荷谱表明,凿岩机活塞每冲击一次钎尾尾柄端面,在钎杆中将产生多次交变应力作用,其有效幅值频率高达10 -15次。若取凿岩机冲击频率为2000次/min,在花岗岩时钻凿速度为0. 33m/min、钻凿寿命为200m、即相当于连续钻凿时间为600min。那么,钎杆直至破断的应力交变次数应为600×2000×(10-15)=(1.2-1.8)×107(次)。显然,应该属于应力疲劳(即高周疲劳)。据此,可对现有钎杆材质及其制作工艺作出进一步的研究。用于锥形连接钎杆疲劳破断部位的分析钎杆的疲劳破断与其受力状态是有直接相关的。钎杆在钻凿过程中承受什么性质的力,其大小以及沿钎杆长度和截面昀分布状态如何,这直接关系到钎杆疲劳破断的发生部位,是钎钢工作者最为关注的问题。过去,国内外研究者认为钎杆主要承受弯曲应力的作用;现在,得到的工作应力载荷谱表明,锥形连接钎杆承受的最大弯曲应力波仅为纵向应力波幅值的30%左右,其能量只占总冲击能量的10%左右。即使在钎杆预制弯曲达到5mm/m的弯曲度时,所测得的弯曲应力也远远小于纵向应力。
        这一与以往观点不同的结论,可以从检测破断后的断口疲劳裂纹分布状态得到证实。观察所有的钎杆疲劳裂纹断口可以看截面的中心处则应该为零。对于距中心处3mm左右的水孔表面,所承受的应力也应该比外表面小得多。显然,采用钎杆承受弯曲应力为主的理论,是无法解释钎杆内表面疲劳裂纹多于外表面的实际情况的。相反,若用载荷谱的观点,钎杆以承受纵向应力为主,其在截面上的应力分布是相等的,即内外表面经受相等的应力,而由于钎杆在钻凿中内孔通水,经受矿水的腐蚀,众所周知,在应力作用下的金属所经受矿水腐蚀的速度,要比金属单纯经受水腐蚀的速度大得多,因此,钎杆水孔内表面在矿水腐蚀和应力的共同作用下,其疲劳裂纹多于外表面。这就比较合理地解释了钎杆破断后疲劳裂纹分布的实际状况,表明了钎杆从内表面产生疲劳裂纹源,发生内疲劳破断的危险性。
        工作应力载荷谱还表明:钎肩前的高值应力频次比钎杆的中部要高(但其应力峰值基本相等)。这一结果指出,沿钎杆长度方向上,所发生的疲劳损伤的程度是不一致的。钎肩前比在钻进中挠度最大的钎杆中部,更容易发生疲劳损伤并导致破断。这一分析与钎杆全长度方向上,疲劳裂纹分布状态的实际情况是一致的。观察所有钎杆破断后纵剖面上的疲劳裂纹发现,钎肩前的疲劳裂纹比钎杆中部的要多,并且其裂纹既长又深。

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