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旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩選擇

發(fā)布時(shí)間：2020-08-31 16:15　文章來(lái)源：未知　文章作者：admin　點(diǎn)擊數(shù)：

旋挖鉆機(jī)是我國(guó)和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍使用的樁基工程機(jī)械。我國(guó)基本建設(shè)包括公路、鐵路、住宅，特別是高速公路、高速鐵路、城際鐵路、高層建筑、港口碼頭建設(shè)的快速發(fā)展，促使樁


旋挖鉆機(jī)是我國(guó)和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍使用的樁基工程機(jī)械。我國(guó)基本建設(shè)包括公路、鐵路、住宅，特別是高速公路、高速鐵路、城際鐵路、高層建筑、港口碼頭建設(shè)的快速發(fā)展，促使樁基工程成為一種蓬勃發(fā)展且具有相當(dāng)大發(fā)展?jié)摿Φ某?yáng)產(chǎn)業(yè)。我國(guó)是世界最大的旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)與生產(chǎn)基地。
據(jù)樁基工程機(jī)械協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)：繼2009年旋挖鉆機(jī)銷售數(shù)量突破1200臺(tái)大關(guān)后，2010年旋挖鉆機(jī)銷售數(shù)量更是達(dá)到歷史高點(diǎn)，全年銷售1700臺(tái)。旋挖鉆機(jī)的產(chǎn)值在整個(gè)樁基工程機(jī)械行業(yè)已經(jīng)超過(guò)70%。
“十二五”期間我國(guó)將投入巨資推進(jìn)高速鐵路、城際鐵路的建設(shè)，這就意味著大型旋挖鉆機(jī)將獲得更大的發(fā)展空間。

1旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩的使用工況及其技術(shù)要求
鋼絲繩是旋挖鉆機(jī)設(shè)備使用過(guò)程中的重要消耗材料，也是保證旋挖鉆機(jī)設(shè)備安全生產(chǎn)的重要組成部分。
（1）旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩一端固定于卷?yè)P(yáng)機(jī)的卷筒上，中間通過(guò)一個(gè)定滑輪和一個(gè)導(dǎo)向輪，將另一端固定于鎧式鉆桿上端的提引器上，鋼絲繩連接方式如圖1所示。由于沒(méi)有安裝動(dòng)滑輪設(shè)計(jì)，所以要求鋼絲繩單繩拉力較大，才能保證提引器能在鋼絲繩反扭力的作用下自由旋轉(zhuǎn)，并保證鉆桿起升和下降的安全與可靠。
（2）旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩主要功能是提升鉆桿和鉆具。旋挖鉆機(jī)施工時(shí)需要頻繁提升、下降鉆具，因此要求鋼絲繩具有好的耐磨性。
（3）旋挖施工過(guò)程中，起升和下降鉆桿時(shí)，作用在鋼絲繩的力是一個(gè)交變載荷。
（4）鋼絲繩的最大拉力為鉆具的自重、旋挖鉆斗的自重、鉆桶內(nèi)渣土的重力之和。
（5）旋挖鉆機(jī)適用于土層、沙層，以及松軟、粒度較小的卵石層。在粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土等黏土層鉆進(jìn)效果最佳，若在硬巖層，致密的卵、孤石層施工比較困難，容易發(fā)生孔內(nèi)事故和機(jī)械事故，體現(xiàn)不出旋挖鉆機(jī)自身的功能優(yōu)勢(shì)。在惡劣條件下鉆進(jìn)作業(yè)對(duì)鋼絲繩抗沖擊性能、耐磨損性能要求提高。
（6）旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)難點(diǎn)是在嵌巖施工中的巖石硬度高達(dá)67HRC的條件下，如何提高旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩的使用性能和使用壽命。
（7）筆者見(jiàn)到的德國(guó)、意大利、日本、芬蘭、新加坡和國(guó)產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)普遍存在主、副卷?yè)P(yáng)的滑輪直徑偏小的現(xiàn)象，其與鋼絲繩直徑比值偏小。對(duì)于通常為鋼芯結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，會(huì)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，這是旋挖鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)缺陷。國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)具有根據(jù)鋼絲繩實(shí)際使用特點(diǎn)可以盡快改變旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)缺陷的條件。
（8）由于旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩與提引器端部經(jīng)常浸泡在泥漿中，工作環(huán)境惡劣，非常容易產(chǎn)生腐蝕、斷絲等使用缺陷。旋挖鉆機(jī)特殊的工作條件與環(huán)境對(duì)鋼絲繩提出更高的捻制和表面脂涂覆要求。
（9）旋挖鉆機(jī)的作業(yè)工況特殊“咬繩”現(xiàn)象頻繁發(fā)生，會(huì)對(duì)鋼絲繩使用性能造成很大的破壞。為提高鋼絲繩使用壽命，要對(duì)鋼絲繩“咬繩”部位經(jīng)常檢查，并加強(qiáng)潤(rùn)滑，或者定期將“竄繩”切斷，錯(cuò)開(kāi)
“咬繩”部位。
對(duì)于多層纏繞的設(shè)備，鋼絲繩在使用過(guò)程中發(fā)生“咬繩”現(xiàn)象幾乎是難以避免的。
（10）由于國(guó)內(nèi)外不同企業(yè)生產(chǎn)制造的旋挖鉆機(jī)自身性能不同，選用的鋼絲繩結(jié)構(gòu)、直徑、長(zhǎng)度差異較大。
鋼絲繩的使用性能和使用壽命取決于鋼絲繩結(jié)構(gòu)、捻制質(zhì)量和使用過(guò)程中的及時(shí)檢查與維護(hù)。相同的鋼絲繩結(jié)構(gòu)，不同企業(yè)的產(chǎn)品體現(xiàn)出懸殊的使用性能與使用壽命的差距，主要根源在于鋼絲繩企業(yè)的實(shí)際技術(shù)水平與企業(yè)綜合管理的巨大差距。

2旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩使用壽命的科學(xué)評(píng)估
旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩使用壽命的評(píng)估是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，主要受作業(yè)環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造因素的影響，難以綜合評(píng)定，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有科學(xué)合理的評(píng)估方法，通常用戶以累計(jì)鉆孔數(shù)量計(jì)算。
旋挖鉆機(jī)使用國(guó)產(chǎn)鋼絲繩每根的平均使用壽命為旋挖施工800~1000m，最長(zhǎng)達(dá)3500m，由此可見(jiàn)，由于旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩生產(chǎn)制造企業(yè)的綜合技術(shù)水平良芳不齊，鋼絲繩實(shí)物質(zhì)量差異過(guò)大。筆者認(rèn)為應(yīng)以鉆取物料體積計(jì)算，即鉆孔直徑與鉆孔深度的乘積的累計(jì)值。該種方法既考慮到鉆孔的深度，又沒(méi)有忽略不同設(shè)備實(shí)際可鉆孔直徑差異的影響，若能考慮到地質(zhì)堅(jiān)硬系數(shù)影響，就會(huì)更加全面。

3國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩結(jié)構(gòu)
3.1進(jìn)口旋挖鉆機(jī)隨機(jī)配用鋼絲繩的結(jié)構(gòu)規(guī)格（1）德國(guó)。德國(guó)寶峨旋挖鉆機(jī)選用結(jié)構(gòu)為DIE-
PAD1318CZ]鋼絲繩，其外層為18個(gè)（1+6）的壓實(shí)股，次外層和中心為7個(gè)1×26SW的圓股，在外層與次外層之間為6個(gè)（1+6）的圓股。
BG20型旋挖鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩直徑26mm。
BG25C型旋挖鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩直徑28mm，副卷?yè)P(yáng)鋼絲繩直徑20mm。BG25型旋挖鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩直徑32mm，卷?yè)P(yáng)長(zhǎng)度100m。BG40型旋挖鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)鋼絲繩直徑36mm，卷?yè)P(yáng)長(zhǎng)度105m；副卷?yè)P(yáng)鋼絲繩直徑22mm，卷?yè)P(yáng)長(zhǎng)度70m；鋼絲繩結(jié)構(gòu)為16×（1+6）+6×（1+6）+6（1+6）+6×（1+6）+SE26；鋼絲繩抗拉強(qiáng)度為1960MPa。
（2）意大利。意大利邁特B125旋挖鉆機(jī)的卷簡(jiǎn)容量大，鋼絲繩為單層纏繞排列，鋼絲繩不重疊、碾壓，不“擠咬”，旋挖鉆機(jī)工作時(shí)始終使用鋼絲繩第一層提升力，使提升力穩(wěn)定，從而減少鋼絲繩之間的磨損，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，這是值得國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)借鑒、引用之點(diǎn)。鋼絲繩結(jié)構(gòu)為K6×K36SW+
IWR，直徑25mm。
（3）日本。日本住友SD205-2型旋挖鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)結(jié)構(gòu)4×F（a+40），直徑20mm；副卷?yè)P(yáng)結(jié)構(gòu)6×Fi（29）+IWRC，直徑20mm。
3.2國(guó)內(nèi)選用的鋼絲繩結(jié)構(gòu)
由于國(guó)內(nèi)擁有旋挖鉆機(jī)的企業(yè)性質(zhì)、經(jīng)營(yíng)策略、施工條件差異，選用的鋼絲繩結(jié)構(gòu)較多，主要有：
（1）FNR35，F(xiàn)NR37，F(xiàn)NR40，F(xiàn)NR40-1；（2）6×
36SW+IWR、K6×36SW+IWR；（3）18×7+IWR；
（4）K4×39SeS；（5）35W×7；（6）6×37+FC。
3.3新型結(jié)構(gòu)專利
咸陽(yáng)寶石鋼管鋼繩有限公司申請(qǐng)了旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩專利，專利公開(kāi)（公告）日2008-04-30，鋼絲繩結(jié)構(gòu)為35W×7，規(guī)格為28mm。旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩與普通鋼絲繩相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的不旋轉(zhuǎn)性能、較高的破斷拉力；采用多層結(jié)構(gòu)，鋼絲繩柔軟性優(yōu)。
旋挖鉆機(jī)與打樁機(jī)同屬樁基工程機(jī)械范疇。2種設(shè)備對(duì)所用鋼絲繩的核心性能要求差異較大。鋼絲繩耐磨性不足是旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩報(bào)廢、更換的基本要因；鋼絲繩抗沖擊性能不足是打樁機(jī)鋼絲繩報(bào)廢、更換的基本要因。某公司申請(qǐng)了樁基機(jī)械用鋼芯壓實(shí)鋼絲繩（ZL201020544964X）專利，該實(shí)用新型鋼絲繩的結(jié)構(gòu)為K6×33WV+IWR，其股結(jié)構(gòu)為1+6+6/6+14；鋼絲繩結(jié)構(gòu)K6×35WV+IWR，其股結(jié)構(gòu)為1+6+6/6+16。

4國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩使用情況
4.1調(diào)頭和切頭使用
借鑒煤炭系統(tǒng)用繩成功經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)用戶也有調(diào)頭、切頭的實(shí)踐，通過(guò)改變鋼絲繩反復(fù)纏繞滑輪的區(qū)段，從而提高鋼絲繩的使用性能和使用壽命。
天津工程公司在陜西咸壽高速公路施工中，使用B125，B18等旋挖鉆機(jī)就有這種實(shí)踐。
4.2隨意加大鋼絲繩直徑大部分旋挖鉆機(jī)為多層纏繞，隨意增大鋼絲繩直徑，會(huì)加速由第1纏繞層向第2纏繞層過(guò)渡段的斷絲、斷股現(xiàn)象出現(xiàn)，降低鋼絲繩的使用性能和壽命。
隨意增大鋼絲繩直徑，必然使卷筒上鋼絲繩
“擠咬”現(xiàn)象嚴(yán)重，該種選擇應(yīng)當(dāng)列為禁忌內(nèi)容。
為全面提高鋼絲繩使用性能，用戶訂購(gòu)鋼絲繩時(shí)最好提供卷簡(jiǎn)及溝槽具體尺寸，以便鋼絲繩生產(chǎn)制造企業(yè)合理地設(shè)計(jì)、選擇鋼絲繩直徑，保證所供應(yīng)鋼絲繩與設(shè)備特別是卷筒溝槽的合理匹配。
4.318×7結(jié)構(gòu)鋼絲繩使用過(guò)程中的跨層交錯(cuò)18×7結(jié)構(gòu)鋼絲繩系不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩品種之
。按照GB/Y8919-1996鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)推薦可用于立井提升、立井罐道及索道承重，開(kāi)鑿立井提升等多種用途。近年來(lái)國(guó)內(nèi)也在旋挖鉆機(jī)上使用。
18×7結(jié)構(gòu)鋼絲繩是較常使用的鋼絲繩品種，但是該類鋼絲繩捻制稍有技術(shù)難度。由于捻制質(zhì)量問(wèn)題會(huì)造成該類鋼絲繩使用過(guò)程中發(fā)生跨層交錯(cuò)現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼絲繩失去使用價(jià)值。在旋挖鉆機(jī)上使用的18×7結(jié)構(gòu)鋼絲繩一般在使用前、中期發(fā)現(xiàn)跨層交錯(cuò)的缺陷。
使用18×7結(jié)構(gòu)鋼絲繩的設(shè)備，由于滑輪直徑、輪槽尺寸、形狀匹配不當(dāng)，也會(huì)誘發(fā)鋼絲繩發(fā)生跨層交錯(cuò)現(xiàn)象。
英國(guó)BRITO鋼絲繩有限公司認(rèn)為：股芯突出是突然加載引起的扭曲不平衡造成的。筆者認(rèn)為跨層交錯(cuò)與股芯突出有較多相同的表征。
根據(jù)筆者的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)：一般不推薦旋挖鉆機(jī)選用18×7結(jié)構(gòu)鋼絲繩，特別是中小鋼絲繩企業(yè)生產(chǎn)制造的該種結(jié)構(gòu)鋼絲繩。
4.4K4×39S+5FC結(jié)構(gòu)鋼絲繩的選用目前國(guó)內(nèi)擁有日本住友SD-205-2型旋挖鉆機(jī)的用戶有選用K4×39S+5FC，4V×39S+5FC等結(jié)構(gòu)鋼絲繩替代日本原機(jī)配套鋼絲繩的示例，且應(yīng)用效果較好，具有一定的推廣價(jià)值。
國(guó)內(nèi)鋼絲繩行業(yè)人士擬在不同國(guó)別、不同型號(hào)的旋挖鉆機(jī)上全面推廣4股鋼絲繩。這種觀點(diǎn)值得商榷，4股鋼絲繩不是萬(wàn)能結(jié)構(gòu)，必然有其適用范圍。
4.5忽視拾向造成不良后果
西鐵建設(shè)工地使用三一重工生產(chǎn)制造的SR168旋挖鉆機(jī)，由于錯(cuò)選左交互捻鋼絲繩，雖然結(jié)構(gòu)、規(guī)格相同，但是鋼絲繩的使用性能極差。鋼絲繩使用過(guò)程中嚴(yán)重松捻，部分區(qū)段幾乎成直條狀，僅鉆成32m深孔4個(gè)，鋼絲繩就失去使用價(jià)值，被迫提前更換。正常狀態(tài)下使用右交互捻同結(jié)構(gòu)、同規(guī)格鋼絲繩可鉆成40m深孔l00個(gè)左右。
中鐵四局集團(tuán)機(jī)械設(shè)備租賃分公司擁有德國(guó)BG22，BG25型旋挖鉆機(jī)選用FNR35結(jié)構(gòu)鋼絲繩，直徑為26，32mm。由于鋼絲繩的捻向選錯(cuò)，鋼絲繩首次使用，僅2h就發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。
4.6旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩的強(qiáng)度級(jí)別不宜太高進(jìn)口的旋挖鉆機(jī)一般選用1960MPa級(jí)的鋼絲繩。根據(jù)旋挖鉆機(jī)實(shí)際使用工況及鋼絲繩失效成因分析，多為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(jī)用鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度不宜太高。
中鐵十五局集團(tuán)機(jī)械設(shè)備工程有限公司BG25旋挖鉆機(jī)選用FNR40-1-32.5，1870MPa級(jí)、重要用途、右交互捻鋼絲繩制作成所需索具，一端擠壓套環(huán)，一端為熱縮頭。該公司的選擇值得借鑒。
4.7副卷?yè)P(yáng)鋼絲繩的使用
旋挖鉆機(jī)正常工作條件下，副粉揚(yáng)鋼絲繩的使用壽命都較長(zhǎng)，也有選用進(jìn)口鋼絲繩，使用幾年一直沒(méi)有更換過(guò)的實(shí)例。為防止意外事故發(fā)生，樁基工程行業(yè)應(yīng)借鑒煤炭行業(yè)對(duì)平衡鋼絲繩的使用期限具體規(guī)定，對(duì)該類鋼絲繩做出明確規(guī)定。

5鋼絲繩的合理選擇
旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩的使用工況復(fù)雜多變，要求鋼絲繩具有良好的使用性能。要合理優(yōu)選旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩，首先必須對(duì)旋挖鉆機(jī)的施工使用情況以及當(dāng)前國(guó)產(chǎn)鋼絲繩的種類和特點(diǎn)進(jìn)行分析和研究，然后根據(jù)不同企業(yè)、不同型號(hào)旋挖鉆機(jī)和設(shè)備定額提升能力確定鋼絲繩的類型、結(jié)構(gòu)、規(guī)格，以保證設(shè)備在施工中的安全。
5.1鋼絲繩結(jié)構(gòu)的合理選擇
（1）由于旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩工作方式屬于單繩起重，即鋼絲繩在工作時(shí)存在自由端，基于安全性和操作便利考慮，在選購(gòu)鋼絲繩時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用抗旋轉(zhuǎn)鋼絲繩。
（2）鑒于目前國(guó)內(nèi)外旋挖鉆機(jī)都沒(méi)有安裝動(dòng)滑輪，所以鋼絲繩單繩拉力較大，應(yīng)該配置柔韌性能好、抗磨損性能佳、抗旋轉(zhuǎn)且抗擠壓性能較好的鋼絲繩。
地質(zhì)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、操作者的實(shí)際技術(shù)水平都會(huì)直接影響到成孔的具體數(shù)量，都會(huì)直接影響到旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩的使用性能和使用壽命。
5.2鋼絲繩直徑的合理選擇旋挖鉆機(jī)的型號(hào)一旦選定，卷?yè)P(yáng)機(jī)就已經(jīng)確定，其繩槽幾何尺寸等物理參數(shù)是固定的，因此選擇鋼絲繩的直徑必須滿足旋挖鉆機(jī)使用說(shuō)明書(shū)中的要求。
在選擇鋼絲繩合適結(jié)構(gòu)之后，鋼絲繩的使用性能和使用壽命主要取決于繩槽尺寸，以及鋼絲繩直徑和卷簡(jiǎn)直徑比率。
旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩直徑與卷筒或滑輪底部直徑的比值要大于等于20；與鋼絲繩最外層鋼絲直徑比值要大于等于250。
5.3鋼絲繩長(zhǎng)度的合理選擇若鉆孔深度不是很深時(shí)，卷筒上纏繞的鋼絲繩不宜超過(guò)2層，鋼絲繩總長(zhǎng)度為孔深、鉆機(jī)高度之和，再增加15~20m，留作纏繞卷筒的安全繩及其鋼絲繩出現(xiàn)影響使用缺陷時(shí)的可供幾次切除的長(zhǎng)度，比較適宜。