紧固螺栓直接承受高频振动力和扭转剪切力的复合载荷，预紧力很快得到释放，紧固螺栓自行反旋卸载，导致螺栓松动。随着松动程度的增大，无法输出有效扭矩，进而无法带动钻杆钻具进行回转钻进，回转钻进突然停止容易造成埋钻事故。

紧固螺栓受到高频振动力和扭转剪切力的复合载荷，螺栓机械性能发生疲劳，屈服强度和抗拉强度降低，出现紧固螺栓断裂现象 [2] 。断裂的螺栓不定向飞射弹出，容易伤害现场工作人员，造成安全事故。断头螺栓维修困难，见 图2 。

紧固螺栓松动断裂后，造成现场停工几小时甚至几天，增加了生产成本，降低了施工效率，造成经济损失。

钻进取样过程中，声频动力头回转马达频繁受到回转振动的复合载荷作用，导致回转马达与安装框架内孔之间的径向间隙逐步增大，会造成紧固螺栓的松动及断裂 [3] [4] 。因此对螺栓强度做如下校核：

声频动力头最大振动频率105 Hz，最大激振力为330 kN，动力头传递到框架的隔振系数一般取0.2，框架受到的最大激振力为330 * 0.2 = 66 kN，框架上布置了5条M14的螺栓，每条螺栓受到的轴向力为66/5 = 13.2 kN。

螺栓采用35 SiMn合金钢，许用应力 $\left[\sigma \right]=\sigma s/S=735/4=18\text{4 MPa}$；

$\frac{1.3F_a}{\pi d_1^2/4}\le \left[\sigma \right]$ (1)

式(1)中：

F_a——螺栓受到的轴向力；

d₁——螺栓小径；

$\left[\sigma \right]$——许用应力；

M14螺栓小径d₁ = 12.376 mm，代入式(1)得：

143 MPa < 184 MPa，螺栓满足强度要求。

固定框架与马达固定法兰止口间隙过大，在持续振动和扭转剪切荷载的作用下，回转马达安装框架内孔环面与马达法兰止口环面之间的间隙逐步增大，同步增大回转马达产生径向自由运动的空间 [5] [6] ，会造成螺栓松动和断裂的发生。

针对上述紧固螺栓的松动、断裂问题，在框架满足结构力学设计合理基础上 [7] ，对其松动部位采用加装防松垫片、侧面安置紧固螺栓定位、紧固螺栓配钻孔穿开口销等各种措施，均无明显效果。

通过查阅资料和试验摸索，设计了一种定位防松结构 [3] ，即在回转马达法兰和固定框架之间加装定位垫板，通过安装座(定位垫板)消除径向自由运动的空间，大幅降低高频振动对螺栓造成的破坏。

定位垫板设置有内、外同心定位止环，定位垫板位于安装框架本体上方，定位垫板通过其外环止口嵌入框架内孔，定位垫板与马达法兰同心，马达法兰止口嵌入定位垫板内止环。马达、定位垫板、框架依次铰接定位。定位防松结构布局见 图3 。

见 表3 ，依据上表对比确定采用中碳钢材料，设置有内外环，内外环严格同心度，公差带配合0.05 mm，粗糙度Ra1.6，内环严格控制与回转马达固定止环同心度，外环严格控制与框架内孔同心度，顶端形成一个整体平垫面，垫面紧紧连接内外止环形成一个整体，使回转马达、框架通过定位垫板铰接在一起，消除了径向自由运动空间，增加了马达安装法兰与框架预紧力接触面摩擦面积，大幅提高了摩擦扭矩，大幅吸收了高频振动作用在回转马达法兰的冲击功，消除了振动能量对螺栓的重复拉拔破坏和蠕变剪切作用，见 图4 。

原马达法兰止口数据(YM)： $\varphi {265}_{-0.05}^{-0}$；

原固定框架内环数据(YK)： $\varphi$280 mm；

改进后马达法兰止口数据(GM)： $\varphi {265}_{-0.05}^{-0}$；

改进后固定框架内环数据(GK)： $\varphi {265}_{+0}^{+0.05}$；

原框架内环数据–原法兰止口数据单边缩小量：7.5 mm；

原框架与改进后法兰接触面积增加数据：6417.375 mm²。

综上可见，动力头输出能量数据不变；固定框架内环改进后单边缩小了7.5 mm，提高了配合度，消除了框架内环与马达法兰止口径向自由运动空间；改进后固定框架与马达法兰接触面积增加了6417.375 mm²，增大了对振动能量的吸收，同步增大抗扭矩力，大幅度削减了高频振动作用在紧固螺栓本体的拉拔力和蠕变剪切力，保障了紧固螺栓安全。