Bir Sondaj Çubuğunun Yeraltında Hissettiği Her Kuvvet (Ve Bunları Bilmenin Çelik Satın Alma Şeklinizi Nasıl Değiştirdiği)
Matkap çubukları satın alan çoğu insan, onları "kaç metre sonra kırılır" diye düşünür. Bu, bir satın alma tablosu için uygundur. Ama anlamak istiyorsanız...NedenÇubukların neden arızalandığını ve pahalı olanların bazen neden arızalanmadığını, ucuz olanların ise bazen neden arızalandığını anlamak için kuvvetler açısından düşünmeniz gerekir.
Bir matkap çubuğu basit görünür. Her iki ucunda da diş bulunan çelik bir çubuktur. Ancak bir metrelik bir deliği delmek için geçen otuz saniye, bu çubuğu çok az makine parçasının karşılaştığı bir yük profiline maruz bırakır. İşte çubuğa etki eden tüm kuvvetler, sırasıyla.
Eksenel Sıkıştırma ve Gerilme — İtme-Çekme Döngüsü
Bu en bariz olanı. Piston, şaft adaptörüne çarpar. Şaft, kola çarpar. Kol, uca çarpar. Uç, kayaya çarpar.
Ama birçok insanın gözden kaçırdığı nokta şu: kaya da karşılık verir.
Uç kaya yüzeyine çarptığında, kaya sadece darbeyi emmekle kalmaz. Yansıyan bir gerilim dalgasını tel boyunca yukarı doğru gönderir. Bu dalga gerilme dalgasıdır; çubuğu itmek yerine çeker. Dolayısıyla tek bir darbe olayı içinde çubuk sıkıştırmadan gerilmeye ve tekrar sıkıştırmaya doğru bir döngü geçirir. Saniyede 50 darbe ile bu, her saniyede 50 tam itme-çekme döngüsü, saatte ise 180.000 döngü anlamına gelir.
Çubuktaki her diş kökü, her kesit değişikliği, her metalurjik süreksizlik dakikada üç bin kez geriliyor ve sıkıştırılıyor. Çubuk, gerilim seviyeleri uygun şekilde ısıl işlem görmüş çeliğin yorulma sınırının altında kaldığı için dayanıyor. Ancak bu sınır düşerse - aşırı ısınmadan, yüzey kusurundan veya ısıl işlemdeki zayıf bir noktadan dolayı - saat işlemeye başlar.
Eğilme Gerilimi — İncelik Problemi
Matkap çubuğu ince bir sütundur. Tünel kazılarında kullanılan R32 çubukları, dişli bölümünde 32 milimetre çapında ve üç metre uzunluğunda olabilir. Bu, 100:1'e yakın bir en boy oranı anlamına gelir.
Üç şey bu kolona bükülme etkisi yaratır. Sadece yerçekimi bile uzun bir çubuğu, özellikle on veya daha fazla çubuktan oluşan bir dizide, sarkmaya neden olur. Besleme kuvveti - matkabı ileri doğru iten basınç - mükemmel eksenel değilse daha fazla bükülme ekler. Ve eğer çubuk tamamen düz değilse, darbe kuvveti, enerji yolu merkez çizgisinden saptığı için her darbede bir bükülme bileşeni oluşturur.
Eğilme gerilimi önemlidir çünkü toplanabilir bir etkiye sahiptir. Sadece eksenel sıkıştırma altında olan bir çubuk 200 kN'luk bir darbeye dayanabilir. Hafif bir eğilme veya yanlış hizalanmış bir beslemeden kaynaklanan bir eğilme momenti eklendiğinde, bükülmenin dış lifindeki tepe gerilimi, yalnızca eksenel yükün üreteceğinin iki katı olabilir. İşte bu yüzden, olması gereken incelikte bir çubuk, nominal uzunluğunun yarısında kırılır.
Burulma Gerilimi — Bükülme
Hidrolik bir delici üzerindeki dönme motoru, tüm matkap takımını (şaft, çubuklar, kaplinler, uç) döndürmek için tork uygular. Çubuklar, aynı anda eksenel darbeyi ve mevcut eğilme yükünü taşırken bu torku da iletmek zorundadır.
Burulma gerilimi, birleşik gerilim durumuna eklenir. Burulma, eğilme ve eksenel darbe altında olan bir çubuk, üç eksenli gerilim durumundadır. Bu durumda arızayı tahmin etmek kolay değildir; göreceli büyüklüklere ve malzemenin çok eksenli yüklemeye verdiği tepkiye bağlıdır. Pratik olarak önemli olan, yüksek burulma rijitliğine sahip bir çubuğun, kolayca bükülen bir çubuğa göre birleşik yüklemeye daha iyi dayanmasıdır, çünkü daha az açısal sapma, kayaya iletilmek yerine çubuk gövdesinde dağılan daha az enerji anlamına gelir.
Dış Aşınma — Sürtünme, Çizikler ve Su
Tüm kuvvetler matkaptan kaynaklanmaz. Açılan delik de aşındırıcı bir ortamdır.
Özellikle delik düz bir çizgiden sapmışsa, çubuk deliğin duvarına sürtünür. Yıkama suyuyla taşınan kaya parçaları çubuğun etrafında döner ve ıslak zımpara kağıdı gibi yüzeye sürtünür. Sıklıkla ince aşındırıcı parçacıklar taşıyan yıkama suyu, zamanla çubuk yüzeyini aşındırır. Aşındırıcı yeraltı suyu koşullarında – örneğin asidik maden suyunda – çelik hem kimyasal saldırıya hem de mekanik yüke maruz kalır; bu durum, gerilme korozyonu mekanizmaları yoluyla yorulma çatlamasını hızlandırır.
Bu nedenle, çubukların yüzey işleme kalitesi önemlidir ve teknik özellikler sayfasında aynı görünen çubukların yer altında farklı davranmasının nedeni budur. Pürüzsüz, iyi işlenmiş bir yüzey çatlak oluşumuna direnç gösterir. İşleme izleri veya kireç tabakası bulunan pürüzlü bir yüzey ise korozyon ve yorulmanın başlaması için uygun bir zemin oluşturur.
Vahşi Kartlar — Özel Operasyonlar
Bir de olta kamışının asla yapması için tasarlanmadığı, ancak yine de yapması istenen şeyler var.
Matkap dizisiyle gevşek kayaları kaldırmak. Çökmüş bir delikten sıkışmış bir çubuğu çekip çıkarmak. Besleme basıncı düştüğünde ve matkap ucu kaya yüzeyiyle temasını kaybettiğinde boş atış yapmak. Duvarları kırık ve tutucu olan, düzleştirilmiş bir çevre deliğine çubuğu sokmak. Bunların her biri, çubuğa tasarım sınırlarının dışında kalan yük kombinasyonları uygular.
Bin metre boyunca normal sondajda kullanılan bir çubuk, ilk levye manevrasında kırılabilir. Kuvvetler farklıdır, gerilim yoğunlaşmaları farklıdır ve çubuk daha uzun süre dayanması gerektiğini bilmez veya umursamaz.
Satın Alırken Bunun Önemi
İşte pratik çıkarım: Benzer özelliklere sahip (aynı diş tipi, aynı uzunluk, aynı çelik kalitesi) iki matkap çubuğuna baktığınızda ve birinin fiyatı %30 daha yüksekse, aradaki fark neredeyse her zaman çubuğun bu çok eksenli yük ortamında nasıl performans gösterdiğindedir.
Daha ucuz çubuk, doğru yüzey sertliğine sahip olabilir ancak çekirdeğe doğru keskin bir geçişe sahip olabilir, bu da onu bükülme yorgunluğuna karşı hassas hale getirir. Doğru çekme dayanımına sahip olabilir ancak kötü yüzey kalitesi korozyona zemin hazırlayabilir. Doğru geometriye sahip olabilir ancak tutarsız düzlüğe sahip olabilir, bu nedenle dizideki her çubuk kendi bükülme bileşenini ekler.
Daha pahalı ve daha uzun ömürlü olan olta kamışı sihirli bir şey değil. Sadece, en kolay ayarlanabilen kuvvet rejiminin tamamını aynı anda işleyebilecek şekilde işlenmiş çelikten ibaret.
