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旋挖钻机用钢丝绳结构的科学选择

发布时间:2020-01-09 15:50 文章来源:未知 文章作者:admin 点击数:

1旋挖钻机用钢丝绳的特点及技术要求 1.1特点 旋挖钻机用钢丝绳主要功能是起落钻杆和钻具,完成桩基工程中的钻孔、扩孔项目。 (1)旋挖钻机用钢丝绳在运行过程中受到扭转载荷。


1旋挖钻机用钢丝绳的特点及技术要求
1.1特点
旋挖钻机用钢丝绳主要功能是起落钻杆和钻具,完成桩基工程中的钻孔、扩孔项目。
(1)旋挖钻机用钢丝绳在运行过程中受到扭转载荷。
(2)由于国内外旋挖钻机都没有安装动滑轮,所以钢丝绳单绳拉力较大。
(3)旋挖钻机用钢丝绳多层缠绕的状态没有彻底根除,卷筒的跳绳、乱绳、咬绳等问题一直是制约钢丝绳使用寿命的关键因素。
(4)旋挖钻机用钢丝绳工作环境恶劣,经常在腐蚀性的泥浆中工作,对钢丝绳涂覆油脂选择的技术要求较高,使用时要经常检查钢丝绳状态,并及时补充油脂。
(5)旋挖施工过程中,升降钻杆和钻具时,作用在钢丝绳上的力是一个交变载荷。
(6)国内外的旋挖钻机主、辅卷扬的滑轮直径普遍偏小,因此其直径与钢丝绳直径比值偏小,会降低钢丝绳的抗弯曲疲劳性能,影响钢丝绳的使用性能和使用寿命。
1.2技术要求
旋挖钻机用钢丝绳的技术要求是旋挖钻机用钢丝绳结构科学选择必须依据的基本条件。
(1)钢丝绳应具有抗旋转性。
(2)钢丝绳具有较高的抗拉强度,捻制均匀性好,钢丝绳捻制损失小,且要保证钢丝绳的整绝破断拉力。
(3)对于多层缠绕的前置卷扬卷筒,推荐使用同捻向钢丝绳,以避免内股产生印痕。
(4)鉴于旋挖钻机用钢丝绳直径与主、辅卷扬的直径比值偏小,钢丝绳结构宜为多层股钢丝绳。
(5)旋挖钻机施工需要频繁提升、下落钻具,要求钢丝绳耐磨性能好,抗拉强度适宜。
(6)压实类等异型股钢丝绳因股与股间接触点多,金属填充系数大,因此具有抗挤压、耐疲劳的特点。有些类型钢丝绳在钢芯和外股之间有一层塑料层,减少了钢芯与外股之间的摩擦,提高了钢丝绳的抗疲劳性,并使钢丝绳的结构更紧凑,不仅抗挤压、抗高温,而且吸收冲击载荷的能力大大提高。
(7)钢丝绳的使用寿命主要取决于绳槽尺寸,以及钢丝绳直径D和卷筒(或滑轮底部)直径d比率的正确选择。旋挖钻机通常选择:D/d≥20,D/do≥250,其中d。为钢丝绳最外层钢丝直径。
(8)旋挖钻机工作时,要始终保持使用钢丝绳第一层提升力,且提升力要稳定。

2国外引进旋挖钻机随机配用的钢丝绳结构
旋挖钻机是我国20世纪80年代后,从德国、意大利、日本、新加坡等国家进口的工程机械,它的引进带动了我国桩基工程及其机械的飞速发展,并形成独立的行业门类。

旋挖钻机经过我国相关企业的实用性改进、技术升级,使得我国快速成为世界上旋挖钻机使用数量最多、应用最为广泛的国家,同时也成为世界上该类工程机械的第一生产大国。历经十几年的发展,使得这种桩基机械已经转化为我国重要出口机械产品之一。
无论国内旋挖钻机类型如何更新,旋挖钻机能力如何增加,笔者认为:分析当初旋挖钻机引进时随机配用的钢丝绳结构、规格,有助于分析、认识国外设计者的初衷和钢丝绳选用的理由,有助于促进钢丝绳结构特别是旋挖钻机主卷扬用钢丝绳的科学发展与选择。
对于国外原机配用的钢丝绳结构,笔者进行了与国内表述方法相同的修订。
2.1德国BG系列旋把钻机
该机配用钢丝绳的结构为18×7+(7×7)/(7x
7)+7×7+SE(8+8+1)0.
中铁十四局集团路桥设备租赁公司引进德国宝娥BC40原机配用的主卷扬标定钢丝绳直径36mm。钢丝绳主体结构与BG系列旋挖钻机配用的钢丝绳相同,只是绳芯SE结构变化为0+9+l5;原机配用辅助卷扬钢丝绳结构16×7+(6×7)/(6×
7)+6×7+SE,绳芯SE结构l+6+6/6。
中铁二十局从德国宝峨公司进口的BG25旋挖钻机随机配用直径32mlm DIEPA1318结构钢丝绳。
国内旋挖钻机主卷扬钢丝绳使用寿命低的主要原因是钢丝绳多层缠绕,也有主卷扬钢丝绳结构选择不当和捻制质量有待提高的问题,值得生产此类钢丝绳企业的关注。
2.2意大利B125旋挖钻机
中国有色金属工业总公司西安岩土工程公司2000年从意大利进口的2台B125旋挖钻机随机配用K6×K36SW+IWR-25钢丝绳。国内一钢丝绳骨干企业在其公司网站上推荐6×365W+IWRC为旋挖钻机专用钢丝绳型号(实为钢丝绳结构)是值得商椎的观点。这种结构钢丝绳可用,但非钢丝绳结构的最佳选择。
2.3日本住友SD-205-2型旋把钻机该机主卷扬配用4×F(0+40)-20钢丝绳,也有配用K4xK39S+NF-20钢丝绳的实例;辅助卷扬配用6×29Fi+IWRC-20钢丝绳。四股钢丝绳曾经为国内工程机械骨干企业旋挖钻机主用的钢丝绳,近期呈现应用数量和范围减少的态势。钢丝绳行业有观点认为:基于四股钢丝绳股绳偏少,易发生断股现象,使用的安全性受到较大威胁,认为旋挖钻机不宜选用四股钢丝绳。
原青岛韩线钢铁有限公司生产的1960MPa级的K4xKSe5(39)-32钢丝绳在三一重工SR250旋挖钻机上的使用寿命超过4000延米(延米用于统计或描述不规则条状或线状工程的工程量)。对不同渠道获取的进口旋挖钻机配用钢丝绳样品进行拆股试验,分析后知:钢丝绳的实际抗拉强度为l960MPa级别,内层股钢丝的抗拉强度稍高一些。
根据旋挖钻机实际工况及钢丝绳失效分析,发现钢丝绳多因磨损和疲劳断丝而被更换。为了综合提高钢丝绳的使用性能和寿命,旋挖钻机用钢丝绳的抗拉强度不宜太高,重点是增加韧性指标,提高钢丝绳的稳定性和抗冲击载荷的能力。
钢丝绳填塑、包塑会不会有助于提高钢丝绳实物质量水平和实际使用寿命国内没有实例,有待钢丝绳企业配合用户潜心探讨。
中铁十五局集团机械设备工程有限公司BG25旋挖钻机选用40W×7-32.5、右交互捻、1870MPa级重要用途钢丝绳制作所需索具,一端挤压套环,一端为热缩头,该公司的选择值得借鉴四。

3旋挖钻机用钢丝绳使用工况技术要求
钢丝绳是旋挖钻机设备使用过程中的重要消耗材料,也是保证旋挖钻机设备安全生产的重要组成部分,使用中的工况及环境有如下特点。
(1)旋挖钻机用钢丝绳一端固定于卷扬机的卷筒上,另一端固定于铠式钻杆上端的提引器上,中间通过一个定滑轮和一个导向轮。由于没有安装动滑轮,所以要求钢丝绳单绳拉力较大,才能保证提引器在钢丝绳反扭力的作用下自由旋转,并保证钻杆起升和下降的安全可靠。
(2)旋挖钻机钢丝绳主要功能是提升钻杆和钻具。旋挖钻机施工时需要频繁提升、下降钻具,因此要求钢丝绳具有好的耐磨性,此时压实钢丝绳显现出一定的优越性。
(3)钢丝绳的最大拉力为钻具的自重、旋挖钻斗的自重、钻桶内渣土的重力之和。
(4)旋挖钻机适用于土层、沙层,以及松软、粒度较小的卵石层。在粉质黏土、黏质粉土等黏土层钻进效果最佳:在硬岩层及致密的卵、孤石层施工比较困难,容易发生事故,体现不出旋挖钻机的功能优势。在恶劣条件下钻进作业对钢丝绳抗冲击性能、耐磨损性能要求较高。
(5)旋挖钻机的钻进难点是在嵌岩施工中岩石硬度高达67HRC的条件下,如何提高旋挖钻机用钢丝绳的使用性能和使用寿命。
(6)由于旋挖钻机用钢丝绳与提引器端部经常浸泡在泥浆中,工作环境恶劣,容易发生腐蚀问,旋挖钻机特殊的工作条件与环境对钢丝绳提出更高的捻制和表面脂涂覆要求。
根据旋挖钻机的工作条件与环境,江苏荟裕金属制品有限公司(简称江苏荟裕)在涂覆钢丝绳表面脂的基础上,还在钢丝绳绳芯涂覆沥青基钢丝绳脂,有效隔离了钢芯与泥浆,防止因腐蚀生锈导致的绳芯提前断裂。
(7)旋挖钻机的作业工况特殊“咬绳”现象频繁发生,会对钢丝绳使用性能造成很大的影响。对于钢丝绳多层缠绕的旋挖钻机,在使用过程中发生“咬绳”现象是难以避免的。为提高钢丝绳使用寿命,应经常检查易发生钢丝绳“咬绳”部位,并加强润滑,或者定期将“窜绳”切断,错开、截去“咬绳”部位。更改旋挖钻机的卷筒形式是必要的,这是目前国内工程机械制造企业采取的提高旋挖钻机性能的有效措施。借鉴国外旋挖钻机的成功设计,采用重型主卷筒,卷简单层容纳钢丝绳数量大,更改钢丝绳为单层缠绕,不重叠碾压,可减少钢丝绳磨损。还应注意钢丝绳卷筒实际宽度与钢丝绳实际直径的整数倍匹配关系。
近期国内旋挖钻机发生变化,主要是钻具形式多样化和多钻头的使用,并改变旋挖钻机主卷扬钢丝绳的配置方式(配置改进型压绳器),使钢丝绳在工作过程中排列整齐,防止推绳、咬绳现象发生四。这是机械制造行业为提高钢丝绳使用性能,延长钢丝绳使用寿命提供的技术支持,客观上弱化了旋挖钻机对钢丝绳苛刻的技术要求。
旋挖钻机用钢丝绳的使用性能和寿命取决于钢丝绳结构的科学匹配,以及钢丝绳捻制质量、钢丝绳配置方式和使用过程中的检查与维护。

4旋挖钻机用钢丝绳实用新型专利
在对旋挖钻机与打桩机用钢丝绳结构认真调研的基础上,求得2类钢丝绳的共性。国内某公司技术人员2000年提出桩基机械用钢芯压实钢绳》实用新型专利国,201l年被授权、公告。该实用新型涉及一种桩基机械用钢芯压实钢丝绳,主要是用于旋挖钻机和打桩机这2种桩基工程机械。所述钢丝绳采用瓦林吞被覆式钢芯钢丝绳,结构为6Kx33WV+IWR或6K×35WV+IWR.
该实用新型桩基机械用钢芯压实钢丝绳能实现钢丝绳耐磨性与抗冲击性能的有机结合,可在旋挖钻机与打桩机上兼用,具有新颖的钢丝绳结构,且具有可实施性。
瓦林吞被覆式钢丝绳是德国特有的钢丝绳结构,主用途为竖井提升钢丝绳,在我国开滦煤业集团钱家营煤矿、潞安煤业集团常村煤矿都有使用的实例,显示出良好的使用性能和较高的使用寿命。该专利为压实瓦林吞被覆式钢丝绳,由于国内没有见到结构与该专利符合的钢丝绳,实际应用效果有待验证。
国内另一钢丝绳企业2008年获得《旋挖钻机用钢丝绳》实用新型专利,专利列出的钢丝绳结构为35W×7.
该旋挖钻机用钢丝绳与普通钢丝绳相比,具有优良的不旋转性能、较高的破断拉力。该钢丝绳采用多层结构,柔软性好,适合在旋挖钻机上使用。
实践证实该种结构钢丝绳性能和实际使用寿命略逊于35(W)×K7压实股钢丝绳。

5《旋挖钻机用钢丝绳》标准中钢丝绳结构的确立
根据工业和信息化部办公厅20l1]134号文件关于印发2011年第二批行业标准制修订计划的通知》,由江苏赛福天钢索股份有限公司和治金工业信息标准研究院为主要起草单位,制定旋挖钻机用钢丝绳》标准,该标准为推荐性治金产品行业标准。
江苏芸裕是特种钢丝绳生产基地,旋挖钻机用钢丝绳是其主要产品之一。江苏芸裕不仅要研究、开发旋挖钻机用钢丝绳的结构,还要积极参与《旋挖钻机用钢丝绳》冶金行业推荐标准的讨论、制定。
笔者认为《旋挖钻机用钢丝绳》推荐标准的制定是必要的、适时的。标准确定的适用范围适宜,并规定了旋挖钻机用钢丝绳的分类、材料、技术要求、验收方法、检验规则、包装、标志及质量证明书。通过研究、开发,并根据用户使用情况和使用寿命的反馈意见,认为:(1)《旋挖钻机用钢丝绳》标准中列出的不含绳芯的钢丝绳类别,如24(w)×7、35(W)×7、15xK7、18xK7、35(W)xK7等7种适宜,有利于保护该类钢丝绳的先进结构,有利于我国旋挖钻机用钢丝绳整体生产水平的提升。2)着眼于国内旋挖钻机用钢丝绳实际使用的最大规格,又兼顾将来的发展趋势,把钢丝绳最大直径确定为40mm是否适宜,有待认真调研后再确认。

6结语
鉴于国内旋挖钻机应用的广泛性,根据多年对所用钢丝绳的探研与生产实践,认定旋挖钻机用钢丝绳结构科学选择十分必要。企业应对旋挖钻机用钢丝绳生产全过程进行精细的管控,不断提升钢丝绳实际挖制水平,充分保证钢丝绳的实际性能与旋挖钻机使用工况相吻合。