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旋挖鉆機用鋼絲繩結構的科學選擇

作者: admin 編輯: admin 來源:admin 發布日期:2020-08-31 16:14
信息摘要:
1旋挖鉆機用鋼絲繩的特點及技術要求 1.1特點 旋挖鉆機用鋼絲繩主要功能是起落鉆桿和鉆具,完成樁基工程中的鉆孔、擴孔項目。 (1)旋挖鉆機用鋼絲繩在運行過程中受到扭轉載荷。
1旋挖鉆機用鋼絲繩的特點及技術要求
1.1特點
旋挖鉆機用鋼絲繩主要功能是起落鉆桿和鉆具,完成樁基工程中的鉆孔、擴孔項目。
(1)旋挖鉆機用鋼絲繩在運行過程中受到扭轉載荷。
(2)由于國內外旋挖鉆機都沒有安裝動滑輪,所以鋼絲繩單繩拉力較大。
(3)旋挖鉆機用鋼絲繩多層纏繞的狀態沒有徹底根除,卷筒的跳繩、亂繩、咬繩等問題一直是制約鋼絲繩使用壽命的關鍵因素。
(4)旋挖鉆機用鋼絲繩工作環境惡劣,經常在腐蝕性的泥漿中工作,對鋼絲繩涂覆油脂選擇的技術要求較高,使用時要經常檢查鋼絲繩狀態,并及時補充油脂。
(5)旋挖施工過程中,升降鉆桿和鉆具時,作用在鋼絲繩上的力是一個交變載荷。
(6)國內外的旋挖鉆機主、輔卷揚的滑輪直徑普遍偏小,因此其直徑與鋼絲繩直徑比值偏小,會降低鋼絲繩的抗彎曲疲勞性能,影響鋼絲繩的使用性能和使用壽命。
1.2技術要求
旋挖鉆機用鋼絲繩的技術要求是旋挖鉆機用鋼絲繩結構科學選擇必須依據的基本條件。
(1)鋼絲繩應具有抗旋轉性。
(2)鋼絲繩具有較高的抗拉強度,捻制均勻性好,鋼絲繩捻制損失小,且要保證鋼絲繩的整絕破斷拉力。
(3)對于多層纏繞的前置卷揚卷筒,推薦使用同捻向鋼絲繩,以避免內股產生印痕。
(4)鑒于旋挖鉆機用鋼絲繩直徑與主、輔卷揚的直徑比值偏小,鋼絲繩結構宜為多層股鋼絲繩。
(5)旋挖鉆機施工需要頻繁提升、下落鉆具,要求鋼絲繩耐磨性能好,抗拉強度適宜。
(6)壓實類等異型股鋼絲繩因股與股間接觸點多,金屬填充系數大,因此具有抗擠壓、耐疲勞的特點。有些類型鋼絲繩在鋼芯和外股之間有一層塑料層,減少了鋼芯與外股之間的摩擦,提高了鋼絲繩的抗疲勞性,并使鋼絲繩的結構更緊湊,不僅抗擠壓、抗高溫,而且吸收沖擊載荷的能力大大提高。
(7)鋼絲繩的使用壽命主要取決于繩槽尺寸,以及鋼絲繩直徑D和卷筒(或滑輪底部)直徑d比率的正確選擇。旋挖鉆機通常選擇:D/d≥20,D/do≥250,其中d。為鋼絲繩最外層鋼絲直徑。
(8)旋挖鉆機工作時,要始終保持使用鋼絲繩第一層提升力,且提升力要穩定。

2國外引進旋挖鉆機隨機配用的鋼絲繩結構
旋挖鉆機是我國20世紀80年代后,從德國、意大利、日本、新加坡等國家進口的工程機械,它的引進帶動了我國樁基工程及其機械的飛速發展,并形成獨立的行業門類。

旋挖鉆機經過我國相關企業的實用性改進、技術升級,使得我國快速成為世界上旋挖鉆機使用數量最多、應用最為廣泛的國家,同時也成為世界上該類工程機械的第一生產大國。歷經十幾年的發展,使得這種樁基機械已經轉化為我國重要出口機械產品之一。
無論國內旋挖鉆機類型如何更新,旋挖鉆機能力如何增加,筆者認為:分析當初旋挖鉆機引進時隨機配用的鋼絲繩結構、規格,有助于分析、認識國外設計者的初衷和鋼絲繩選用的理由,有助于促進鋼絲繩結構特別是旋挖鉆機主卷揚用鋼絲繩的科學發展與選擇。
對于國外原機配用的鋼絲繩結構,筆者進行了與國內表述方法相同的修訂。
2.1德國BG系列旋把鉆機
該機配用鋼絲繩的結構為18×7+(7×7)/(7x
7)+7×7+SE(8+8+1)0.
中鐵十四局集團路橋設備租賃公司引進德國寶娥BC40原機配用的主卷揚標定鋼絲繩直徑36mm。鋼絲繩主體結構與BG系列旋挖鉆機配用的鋼絲繩相同,只是繩芯SE結構變化為0+9+l5;原機配用輔助卷揚鋼絲繩結構16×7+(6×7)/(6×
7)+6×7+SE,繩芯SE結構l+6+6/6。
中鐵二十局從德國寶峨公司進口的BG25旋挖鉆機隨機配用直徑32mlm DIEPA1318結構鋼絲繩。
國內旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩使用壽命低的主要原因是鋼絲繩多層纏繞,也有主卷揚鋼絲繩結構選擇不當和捻制質量有待提高的問題,值得生產此類鋼絲繩企業的關注。
2.2意大利B125旋挖鉆機
中國有色金屬工業總公司西安巖土工程公司2000年從意大利進口的2臺B125旋挖鉆機隨機配用K6×K36SW+IWR-25鋼絲繩。國內一鋼絲繩骨干企業在其公司網站上推薦6×365W+IWRC為旋挖鉆機專用鋼絲繩型號(實為鋼絲繩結構)是值得商椎的觀點。這種結構鋼絲繩可用,但非鋼絲繩結構的最佳選擇。
2.3日本住友SD-205-2型旋把鉆機該機主卷揚配用4×F(0+40)-20鋼絲繩,也有配用K4xK39S+NF-20鋼絲繩的實例;輔助卷揚配用6×29Fi+IWRC-20鋼絲繩。四股鋼絲繩曾經為國內工程機械骨干企業旋挖鉆機主用的鋼絲繩,近期呈現應用數量和范圍減少的態勢。鋼絲繩行業有觀點認為:基于四股鋼絲繩股繩偏少,易發生斷股現象,使用的安全性受到較大威脅,認為旋挖鉆機不宜選用四股鋼絲繩。
原青島韓線鋼鐵有限公司生產的1960MPa級的K4xKSe5(39)-32鋼絲繩在三一重工SR250旋挖鉆機上的使用壽命超過4000延米(延米用于統計或描述不規則條狀或線狀工程的工程量)。對不同渠道獲取的進口旋挖鉆機配用鋼絲繩樣品進行拆股試驗,分析后知:鋼絲繩的實際抗拉強度為l960MPa級別,內層股鋼絲的抗拉強度稍高一些。
根據旋挖鉆機實際工況及鋼絲繩失效分析,發現鋼絲繩多因磨損和疲勞斷絲而被更換。為了綜合提高鋼絲繩的使用性能和壽命,旋挖鉆機用鋼絲繩的抗拉強度不宜太高,重點是增加韌性指標,提高鋼絲繩的穩定性和抗沖擊載荷的能力。
鋼絲繩填塑、包塑會不會有助于提高鋼絲繩實物質量水平和實際使用壽命國內沒有實例,有待鋼絲繩企業配合用戶潛心探討。
中鐵十五局集團機械設備工程有限公司BG25旋挖鉆機選用40W×7-32.5、右交互捻、1870MPa級重要用途鋼絲繩制作所需索具,一端擠壓套環,一端為熱縮頭,該公司的選擇值得借鑒四。

3旋挖鉆機用鋼絲繩使用工況技術要求
鋼絲繩是旋挖鉆機設備使用過程中的重要消耗材料,也是保證旋挖鉆機設備安全生產的重要組成部分,使用中的工況及環境有如下特點。
(1)旋挖鉆機用鋼絲繩一端固定于卷揚機的卷筒上,另一端固定于鎧式鉆桿上端的提引器上,中間通過一個定滑輪和一個導向輪。由于沒有安裝動滑輪,所以要求鋼絲繩單繩拉力較大,才能保證提引器在鋼絲繩反扭力的作用下自由旋轉,并保證鉆桿起升和下降的安全可靠。
(2)旋挖鉆機鋼絲繩主要功能是提升鉆桿和鉆具。旋挖鉆機施工時需要頻繁提升、下降鉆具,因此要求鋼絲繩具有好的耐磨性,此時壓實鋼絲繩顯現出一定的優越性。
(3)鋼絲繩的最大拉力為鉆具的自重、旋挖鉆斗的自重、鉆桶內渣土的重力之和。
(4)旋挖鉆機適用于土層、沙層,以及松軟、粒度較小的卵石層。在粉質黏土、黏質粉土等黏土層鉆進效果最佳:在硬巖層及致密的卵、孤石層施工比較困難,容易發生事故,體現不出旋挖鉆機的功能優勢。在惡劣條件下鉆進作業對鋼絲繩抗沖擊性能、耐磨損性能要求較高。
(5)旋挖鉆機的鉆進難點是在嵌巖施工中巖石硬度高達67HRC的條件下,如何提高旋挖鉆機用鋼絲繩的使用性能和使用壽命。
(6)由于旋挖鉆機用鋼絲繩與提引器端部經常浸泡在泥漿中,工作環境惡劣,容易發生腐蝕問,旋挖鉆機特殊的工作條件與環境對鋼絲繩提出更高的捻制和表面脂涂覆要求。
根據旋挖鉆機的工作條件與環境,江蘇薈裕金屬制品有限公司(簡稱江蘇薈裕)在涂覆鋼絲繩表面脂的基礎上,還在鋼絲繩繩芯涂覆瀝青基鋼絲繩脂,有效隔離了鋼芯與泥漿,防止因腐蝕生銹導致的繩芯提前斷裂。
(7)旋挖鉆機的作業工況特殊“咬繩”現象頻繁發生,會對鋼絲繩使用性能造成很大的影響。對于鋼絲繩多層纏繞的旋挖鉆機,在使用過程中發生“咬繩”現象是難以避免的。為提高鋼絲繩使用壽命,應經常檢查易發生鋼絲繩“咬繩”部位,并加強潤滑,或者定期將“竄繩”切斷,錯開、截去“咬繩”部位。更改旋挖鉆機的卷筒形式是必要的,這是目前國內工程機械制造企業采取的提高旋挖鉆機性能的有效措施。借鑒國外旋挖鉆機的成功設計,采用重型主卷筒,卷簡單層容納鋼絲繩數量大,更改鋼絲繩為單層纏繞,不重疊碾壓,可減少鋼絲繩磨損。還應注意鋼絲繩卷筒實際寬度與鋼絲繩實際直徑的整數倍匹配關系。
近期國內旋挖鉆機發生變化,主要是鉆具形式多樣化和多鉆頭的使用,并改變旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩的配置方式(配置改進型壓繩器),使鋼絲繩在工作過程中排列整齊,防止推繩、咬繩現象發生四。這是機械制造行業為提高鋼絲繩使用性能,延長鋼絲繩使用壽命提供的技術支持,客觀上弱化了旋挖鉆機對鋼絲繩苛刻的技術要求。
旋挖鉆機用鋼絲繩的使用性能和壽命取決于鋼絲繩結構的科學匹配,以及鋼絲繩捻制質量、鋼絲繩配置方式和使用過程中的檢查與維護。

4旋挖鉆機用鋼絲繩實用新型專利
在對旋挖鉆機與打樁機用鋼絲繩結構認真調研的基礎上,求得2類鋼絲繩的共性。國內某公司技術人員2000年提出樁基機械用鋼芯壓實鋼繩》實用新型專利國,201l年被授權、公告。該實用新型涉及一種樁基機械用鋼芯壓實鋼絲繩,主要是用于旋挖鉆機和打樁機這2種樁基工程機械。所述鋼絲繩采用瓦林吞被覆式鋼芯鋼絲繩,結構為6Kx33WV+IWR或6K×35WV+IWR.
該實用新型樁基機械用鋼芯壓實鋼絲繩能實現鋼絲繩耐磨性與抗沖擊性能的有機結合,可在旋挖鉆機與打樁機上兼用,具有新穎的鋼絲繩結構,且具有可實施性。
瓦林吞被覆式鋼絲繩是德國特有的鋼絲繩結構,主用途為豎井提升鋼絲繩,在我國開灤煤業集團錢家營煤礦、潞安煤業集團常村煤礦都有使用的實例,顯示出良好的使用性能和較高的使用壽命。該專利為壓實瓦林吞被覆式鋼絲繩,由于國內沒有見到結構與該專利符合的鋼絲繩,實際應用效果有待驗證。
國內另一鋼絲繩企業2008年獲得《旋挖鉆機用鋼絲繩》實用新型專利,專利列出的鋼絲繩結構為35W×7.
該旋挖鉆機用鋼絲繩與普通鋼絲繩相比,具有優良的不旋轉性能、較高的破斷拉力。該鋼絲繩采用多層結構,柔軟性好,適合在旋挖鉆機上使用。
實踐證實該種結構鋼絲繩性能和實際使用壽命略遜于35(W)×K7壓實股鋼絲繩。

5《旋挖鉆機用鋼絲繩》標準中鋼絲繩結構的確立
根據工業和信息化部辦公廳20l1]134號文件關于印發2011年第二批行業標準制修訂計劃的通知》,由江蘇賽福天鋼索股份有限公司和治金工業信息標準研究院為主要起草單位,制定旋挖鉆機用鋼絲繩》標準,該標準為推薦性治金產品行業標準。
江蘇蕓裕是特種鋼絲繩生產基地,旋挖鉆機用鋼絲繩是其主要產品之一。江蘇蕓裕不僅要研究、開發旋挖鉆機用鋼絲繩的結構,還要積極參與《旋挖鉆機用鋼絲繩》冶金行業推薦標準的討論、制定。
筆者認為《旋挖鉆機用鋼絲繩》推薦標準的制定是必要的、適時的。標準確定的適用范圍適宜,并規定了旋挖鉆機用鋼絲繩的分類、材料、技術要求、驗收方法、檢驗規則、包裝、標志及質量證明書。通過研究、開發,并根據用戶使用情況和使用壽命的反饋意見,認為:(1)《旋挖鉆機用鋼絲繩》標準中列出的不含繩芯的鋼絲繩類別,如24(w)×7、35(W)×7、15xK7、18xK7、35(W)xK7等7種適宜,有利于保護該類鋼絲繩的先進結構,有利于我國旋挖鉆機用鋼絲繩整體生產水平的提升。2)著眼于國內旋挖鉆機用鋼絲繩實際使用的最大規格,又兼顧將來的發展趨勢,把鋼絲繩最大直徑確定為40mm是否適宜,有待認真調研后再確認。

6結語
鑒于國內旋挖鉆機應用的廣泛性,根據多年對所用鋼絲繩的探研與生產實踐,認定旋挖鉆機用鋼絲繩結構科學選擇十分必要。企業應對旋挖鉆機用鋼絲繩生產全過程進行精細的管控,不斷提升鋼絲繩實際挖制水平,充分保證鋼絲繩的實際性能與旋挖鉆機使用工況相吻合。
 

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