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旋挖钻机用钢丝绳选择

发布时间:2020-08-31 16:15 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

旋挖钻机是我国和工业发达国家普遍使用的桩基工程机械。我国基本建设包括公路、铁路、住宅,特别是高速公路、高速铁路、城际铁路、高层建筑、港口码头建设的快速发展,促使桩


旋挖钻机是我国和工业发达国家普遍使用的桩基工程机械。我国基本建设包括公路、铁路、住宅,特别是高速公路、高速铁路、城际铁路、高层建筑、港口码头建设的快速发展,促使桩基工程成为一种蓬勃发展且具有相当大发展潜力的朝阳产业。我国是世界最大的旋挖钻机市场与生产基地。
据桩基工程机械协会统计:继2009年旋挖钻机销售数量突破1200台大关后,2010年旋挖钻机销售数量更是达到历史高点,全年销售1700台。旋挖钻机的产值在整个桩基工程机械行业已经超过70%。
“十二五”期间我国将投入巨资推进高速铁路、城际铁路的建设,这就意味着大型旋挖钻机将获得更大的发展空间。

1旋挖钻机用钢丝绳的使用工况及其技术要求
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。
(1)旋挖钻机用钢丝绳一端固定于卷扬机的卷筒上,中间通过一个定滑轮和一个导向轮,将另一端固定于铠式钻杆上端的提引器上,钢丝绳连接方式如图1所示。由于没有安装动滑轮设计,所以要求钢丝绳单绳拉力较大,才能保证提引器能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与可靠。
(2)旋挖钻机用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。
(3)旋挖施工过程中,起升和下降钻杆时,作用在钢丝绳的力是一个交变载荷。
(4)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。
(5)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,若在硬岩层,致密的卵、孤石层施工比较困难,容易发生孔内事故和机械事故,体现不出旋挖钻机自身的功能优势。在恶劣条件下钻进作业对钢丝绳抗冲击性能、耐磨损性能要求提高。
(6)旋挖钻机的钻进难点是在嵌岩施工中的岩石硬度高达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。
(7)笔者见到的德国、意大利、日本、芬兰、新加坡和国产的旋挖钻机普遍存在主、副卷扬的滑轮直径偏小的现象,其与钢丝绳直径比值偏小。对于通常为钢芯结构的钢丝绳,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,这是旋挖钻机的结构缺陷。国产旋挖钻机具有根据钢丝绳实际使用特点可以尽快改变旋挖钻机结构缺陷的条件。
(8)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,非常容易产生腐蚀、断丝等使用缺陷。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。
(9)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破坏。为提高钢丝绳使用寿命,要对钢丝绳“咬绳”部位经常检查,并加强润滑,或者定期将“窜绳”切断,错开
“咬绳”部位。
对于多层缠绕的设备,钢丝绳在使用过程中发生“咬绳”现象几乎是难以避免的。
(10)由于国内外不同企业生产制造的旋挖钻机自身性能不同,选用的钢丝绳结构、直径、长度差异较大。
钢丝绳的使用性能和使用寿命取决于钢丝绳结构、捻制质量和使用过程中的及时检查与维护。相同的钢丝绳结构,不同企业的产品体现出悬殊的使用性能与使用寿命的差距,主要根源在于钢丝绳企业的实际技术水平与企业综合管理的巨大差距。

2旋挖钻机用钢丝绳使用寿命的科学评估
旋挖钻机用钢丝绳使用寿命的评估是一项复杂的技术问题,主要受作业环境、地质构造因素的影响,难以综合评定,国内尚没有科学合理的评估方法,通常用户以累计钻孔数量计算。
旋挖钻机使用国产钢丝绳每根的平均使用寿命为旋挖施工800~1000m,最长达3500m,由此可见,由于旋挖钻机用钢丝绳生产制造企业的综合技术水平良芳不齐,钢丝绳实物质量差异过大。笔者认为应以钻取物料体积计算,即钻孔直径与钻孔深度的乘积的累计值。该种方法既考虑到钻孔的深度,又没有忽略不同设备实际可钻孔直径差异的影响,若能考虑到地质坚硬系数影响,就会更加全面。

3国内旋挖钻机用钢丝绳结构
3.1进口旋挖钻机随机配用钢丝绳的结构规格(1)德国。德国宝峨旋挖钻机选用结构为DIE-
PAD1318CZ]钢丝绳,其外层为18个(1+6)的压实股,次外层和中心为7个1×26SW的圆股,在外层与次外层之间为6个(1+6)的圆股。
BG20型旋挖钻机主卷扬钢丝绳直径26mm。
BG25C型旋挖钻机主卷扬钢丝绳直径28mm,副卷扬钢丝绳直径20mm。BG25型旋挖钻机主卷扬钢丝绳直径32mm,卷扬长度100m。BG40型旋挖钻机主卷扬钢丝绳直径36mm,卷扬长度105m;副卷扬钢丝绳直径22mm,卷扬长度70m;钢丝绳结构为16×(1+6)+6×(1+6)+6(1+6)+6×(1+6)+SE26;钢丝绳抗拉强度为1960MPa。
(2)意大利。意大利迈特B125旋挖钻机的卷简容量大,钢丝绳为单层缠绕排列,钢丝绳不重叠、碾压,不“挤咬”,旋挖钻机工作时始终使用钢丝绳第一层提升力,使提升力稳定,从而减少钢丝绳之间的磨损,延长钢丝绳的使用寿命,这是值得国产旋挖钻机借鉴、引用之点。钢丝绳结构为K6×K36SW+
IWR,直径25mm。
(3)日本。日本住友SD205-2型旋挖钻机主卷扬结构4×F(a+40),直径20mm;副卷扬结构6×Fi(29)+IWRC,直径20mm。
3.2国内选用的钢丝绳结构
由于国内拥有旋挖钻机的企业性质、经营策略、施工条件差异,选用的钢丝绳结构较多,主要有:
(1)FNR35,FNR37,FNR40,FNR40-1;(2)6×
36SW+IWR、K6×36SW+IWR;(3)18×7+IWR;
(4)K4×39SeS;(5)35W×7;(6)6×37+FC。
3.3新型结构专利
咸阳宝石钢管钢绳有限企业申请了旋挖钻机用钢丝绳专利,专利公开(公告)日2008-04-30,钢丝绳结构为35W×7,规格为28mm。旋挖钻机用钢丝绳与普通钢丝绳相比,主要有以下优点:优良的不旋转性能、较高的破断拉力;采用多层结构,钢丝绳柔软性优。
旋挖钻机与打桩机同属桩基工程机械范畴。2种设备对所用钢丝绳的核心性能要求差异较大。钢丝绳耐磨性不足是旋挖钻机用钢丝绳报废、更换的基本要因;钢丝绳抗冲击性能不足是打桩机钢丝绳报废、更换的基本要因。某企业申请了桩基机械用钢芯压实钢丝绳(ZL201020544964X)专利,该实用新型钢丝绳的结构为K6×33WV+IWR,其股结构为1+6+6/6+14;钢丝绳结构K6×35WV+IWR,其股结构为1+6+6/6+16。

4国内旋挖钻机用钢丝绳使用情况
4.1调头和切头使用
借鉴煤炭系统用绳成功经验,国内旋挖钻机用户也有调头、切头的实践,通过改变钢丝绳反复缠绕滑轮的区段,从而提高钢丝绳的使用性能和使用寿命。
天津工程企业在陕西咸寿高速公路施工中,使用B125,B18等旋挖钻机就有这种实践。
4.2随意加大钢丝绳直径大部分旋挖钻机为多层缠绕,随意增大钢丝绳直径,会加速由第1缠绕层向第2缠绕层过渡段的断丝、断股现象出现,降低钢丝绳的使用性能和寿命。
随意增大钢丝绳直径,必然使卷筒上钢丝绳
“挤咬”现象严重,该种选择应当列为禁忌内容。
为全面提高钢丝绳使用性能,用户订购钢丝绳时最好提供卷简及沟槽具体尺寸,以便钢丝绳生产制造企业合理地设计、选择钢丝绳直径,保证所供应钢丝绳与设备特别是卷筒沟槽的合理匹配。
4.318×7结构钢丝绳使用过程中的跨层交错18×7结构钢丝绳系不旋转钢丝绳品种之
。按照GB/Y8919-1996钢丝绳标准推荐可用于立井提升、立井罐道及索道承重,开凿立井提升等多种用途。近年来国内也在旋挖钻机上使用。
18×7结构钢丝绳是较常使用的钢丝绳品种,但是该类钢丝绳捻制稍有技术难度。由于捻制质量问题会造成该类钢丝绳使用过程中发生跨层交错现象,导致钢丝绳失去使用价值。在旋挖钻机上使用的18×7结构钢丝绳一般在使用前、中期发现跨层交错的缺陷。
使用18×7结构钢丝绳的设备,由于滑轮直径、轮槽尺寸、形状匹配不当,也会诱发钢丝绳发生跨层交错现象。
英国BRITO钢丝绳有限企业认为:股芯突出是突然加载引起的扭曲不平衡造成的。笔者认为跨层交错与股芯突出有较多相同的表征。
根据笔者的实践与认识:一般不推荐旋挖钻机选用18×7结构钢丝绳,特别是中小钢丝绳企业生产制造的该种结构钢丝绳。
4.4K4×39S+5FC结构钢丝绳的选用目前国内拥有日本住友SD-205-2型旋挖钻机的用户有选用K4×39S+5FC,4V×39S+5FC等结构钢丝绳替代日本原机配套钢丝绳的示例,且应用效果较好,具有一定的推广价值。
国内钢丝绳行业人士拟在不同国别、不同型号的旋挖钻机上全面推广4股钢丝绳。这种观点值得商榷,4股钢丝绳不是万能结构,必然有其适用范围。
4.5忽视拾向造成不良后果
西铁建设工地使用三一重工生产制造的SR168旋挖钻机,由于错选左交互捻钢丝绳,虽然结构、规格相同,但是钢丝绳的使用性能极差。钢丝绳使用过程中严重松捻,部分区段几乎成直条状,仅钻成32m深孔4个,钢丝绳就失去使用价值,被迫提前更换。正常状态下使用右交互捻同结构、同规格钢丝绳可钻成40m深孔l00个左右。
中铁四局集团机械设备租赁分企业拥有德国BG22,BG25型旋挖钻机选用FNR35结构钢丝绳,直径为26,32mm。由于钢丝绳的捻向选错,钢丝绳首次使用,仅2h就发生结构破坏的现象。
4.6旋挖钻机用钢丝绳的强度级别不宜太高进口的旋挖钻机一般选用1960MPa级的钢丝绳。根据旋挖钻机实际使用工况及钢丝绳失效成因分析,多为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。
中铁十五局集团机械设备工程有限企业BG25旋挖钻机选用FNR40-1-32.5,1870MPa级、重要用途、右交互捻钢丝绳制作成所需索具,一端挤压套环,一端为热缩头。该企业的选择值得借鉴。
4.7副卷扬钢丝绳的使用
旋挖钻机正常工作条件下,副粉扬钢丝绳的使用寿命都较长,也有选用进口钢丝绳,使用几年一直没有更换过的实例。为防止意外事故发生,桩基工程行业应借鉴煤炭行业对平衡钢丝绳的使用期限具体规定,对该类钢丝绳做出明确规定。

5钢丝绳的合理选择
旋挖钻机用钢丝绳的使用工况复杂多变,要求钢丝绳具有良好的使用性能。要合理优选旋挖钻机用钢丝绳,首先必须对旋挖钻机的施工使用情况以及当前国产钢丝绳的种类和特点进行分析和研究,然后根据不同企业、不同型号旋挖钻机和设备定额提升能力确定钢丝绳的类型、结构、规格,以保证设备在施工中的安全。
5.1钢丝绳结构的合理选择
(1)由于旋挖钻机用钢丝绳工作方式属于单绳起重,即钢丝绳在工作时存在自由端,基于安全性和操作便利考虑,在选购钢丝绳时应优先选用抗旋转钢丝绳。
(2)鉴于目前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,应该配置柔韧性能好、抗磨损性能佳、抗旋转且抗挤压性能较好的钢丝绳。
地质状态、设备状态、操编辑的实际技术水平都会直接影响到成孔的具体数量,都会直接影响到旋挖钻机用钢丝绳的使用性能和使用寿命。
5.2钢丝绳直径的合理选择旋挖钻机的型号一旦选定,卷扬机就已经确定,其绳槽几何尺寸等物理参数是固定的,因此选择钢丝绳的直径必须满足旋挖钻机使用说明书中的要求。
在选择钢丝绳合适结构之后,钢丝绳的使用性能和使用寿命主要取决于绳槽尺寸,以及钢丝绳直径和卷简直径比率。
旋挖钻机用钢丝绳直径与卷筒或滑轮底部直径的比值要大于等于20;与钢丝绳最外层钢丝直径比值要大于等于250。
5.3钢丝绳长度的合理选择若钻孔深度不是很深时,卷筒上缠绕的钢丝绳不宜超过2层,钢丝绳总长度为孔深、钻机高度之和,再增加15~20m,留作缠绕卷筒的安全绳及其钢丝绳出现影响使用缺陷时的可供几次切除的长度,比较适宜。


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