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      旋挖鉆機用鋼絲繩選擇

      發布時間:2020-08-31 16:15 文章來源:未知 文章作者:admin 點擊數:

      旋挖鉆機是我國和工業發達國家普遍使用的樁基工程機械。我國基本建設包括公路、鐵路、住宅,特別是高速公路、高速鐵路、城際鐵路、高層建筑、港口碼頭建設的快速發展,促使樁


      旋挖鉆機是我國和工業發達國家普遍使用的樁基工程機械。我國基本建設包括公路、鐵路、住宅,特別是高速公路、高速鐵路、城際鐵路、高層建筑、港口碼頭建設的快速發展,促使樁基工程成為一種蓬勃發展且具有相當大發展潛力的朝陽產業。我國是世界最大的旋挖鉆機市場與生產基地。
      據樁基工程機械協會統計:繼2009年旋挖鉆機銷售數量突破1200臺大關后,2010年旋挖鉆機銷售數量更是達到歷史高點,全年銷售1700臺。旋挖鉆機的產值在整個樁基工程機械行業已經超過70%。
      “十二五”期間我國將投入巨資推進高速鐵路、城際鐵路的建設,這就意味著大型旋挖鉆機將獲得更大的發展空間。

      1旋挖鉆機用鋼絲繩的使用工況及其技術要求
      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。
      (1)旋挖鉆機用鋼絲繩一端固定于卷揚機的卷筒上,中間通過一個定滑輪和一個導向輪,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。由于沒有安裝動滑輪設計,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,并保證鉆桿起升和下降的安全與可靠。
      (2)旋挖鉆機用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。
      (3)旋挖施工過程中,起升和下降鉆桿時,作用在鋼絲繩的力是一個交變載荷。
      (4)鋼絲繩的最大拉力為鉆具的自重、旋挖鉆斗的自重、鉆桶內渣土的重力之和。
      (5)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,若在硬巖層,致密的卵、孤石層施工比較困難,容易發生孔內事故和機械事故,體現不出旋挖鉆機自身的功能優勢。在惡劣條件下鉆進作業對鋼絲繩抗沖擊性能、耐磨損性能要求提高。
      (6)旋挖鉆機的鉆進難點是在嵌巖施工中的巖石硬度高達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。
      (7)筆者見到的德國、意大利、日本、芬蘭、新加坡和國產的旋挖鉆機普遍存在主、副卷揚的滑輪直徑偏小的現象,其與鋼絲繩直徑比值偏小。對于通常為鋼芯結構的鋼絲繩,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,這是旋挖鉆機的結構缺陷。國產旋挖鉆機具有根據鋼絲繩實際使用特點可以盡快改變旋挖鉆機結構缺陷的條件。
      (8)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,非常容易產生腐蝕、斷絲等使用缺陷。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。
      (9)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破壞。為提高鋼絲繩使用壽命,要對鋼絲繩“咬繩”部位經常檢查,并加強潤滑,或者定期將“竄繩”切斷,錯開
      “咬繩”部位。
      對于多層纏繞的設備,鋼絲繩在使用過程中發生“咬繩”現象幾乎是難以避免的。
      (10)由于國內外不同企業生產制造的旋挖鉆機自身性能不同,選用的鋼絲繩結構、直徑、長度差異較大。
      鋼絲繩的使用性能和使用壽命取決于鋼絲繩結構、捻制質量和使用過程中的及時檢查與維護。相同的鋼絲繩結構,不同企業的產品體現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的實際技術水平與企業綜合管理的巨大差距。

      2旋挖鉆機用鋼絲繩使用壽命的科學評估
      旋挖鉆機用鋼絲繩使用壽命的評估是一項復雜的技術問題,主要受作業環境、地質構造因素的影響,難以綜合評定,國內尚沒有科學合理的評估方法,通常用戶以累計鉆孔數量計算。
      旋挖鉆機使用國產鋼絲繩每根的平均使用壽命為旋挖施工800~1000m,最長達3500m,由此可見,由于旋挖鉆機用鋼絲繩生產制造企業的綜合技術水平良芳不齊,鋼絲繩實物質量差異過大。筆者認為應以鉆取物料體積計算,即鉆孔直徑與鉆孔深度的乘積的累計值。該種方法既考慮到鉆孔的深度,又沒有忽略不同設備實際可鉆孔直徑差異的影響,若能考慮到地質堅硬系數影響,就會更加全面。

      3國內旋挖鉆機用鋼絲繩結構
      3.1進口旋挖鉆機隨機配用鋼絲繩的結構規格(1)德國。德國寶峨旋挖鉆機選用結構為DIE-
      PAD1318CZ]鋼絲繩,其外層為18個(1+6)的壓實股,次外層和中心為7個1×26SW的圓股,在外層與次外層之間為6個(1+6)的圓股。
      BG20型旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩直徑26mm。
      BG25C型旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩直徑28mm,副卷揚鋼絲繩直徑20mm。BG25型旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩直徑32mm,卷揚長度100m。BG40型旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩直徑36mm,卷揚長度105m;副卷揚鋼絲繩直徑22mm,卷揚長度70m;鋼絲繩結構為16×(1+6)+6×(1+6)+6(1+6)+6×(1+6)+SE26;鋼絲繩抗拉強度為1960MPa。
      (2)意大利。意大利邁特B125旋挖鉆機的卷簡容量大,鋼絲繩為單層纏繞排列,鋼絲繩不重疊、碾壓,不“擠咬”,旋挖鉆機工作時始終使用鋼絲繩第一層提升力,使提升力穩定,從而減少鋼絲繩之間的磨損,延長鋼絲繩的使用壽命,這是值得國產旋挖鉆機借鑒、引用之點。鋼絲繩結構為K6×K36SW+
      IWR,直徑25mm。
      (3)日本。日本住友SD205-2型旋挖鉆機主卷揚結構4×F(a+40),直徑20mm;副卷揚結構6×Fi(29)+IWRC,直徑20mm。
      3.2國內選用的鋼絲繩結構
      由于國內擁有旋挖鉆機的企業性質、經營策略、施工條件差異,選用的鋼絲繩結構較多,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新型結構專利
      咸陽寶石鋼管鋼繩有限公司申請了旋挖鉆機用鋼絲繩專利,專利公開(公告)日2008-04-30,鋼絲繩結構為35W×7,規格為28mm。旋挖鉆機用鋼絲繩與普通鋼絲繩相比,主要有以下優點:優良的不旋轉性能、較高的破斷拉力;采用多層結構,鋼絲繩柔軟性優。
      旋挖鉆機與打樁機同屬樁基工程機械范疇。2種設備對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用鋼絲繩報廢、更換的基本要因;鋼絲繩抗沖擊性能不足是打樁機鋼絲繩報廢、更換的基本要因。某公司申請了樁基機械用鋼芯壓實鋼絲繩(ZL201020544964X)專利,該實用新型鋼絲繩的結構為K6×33WV+IWR,其股結構為1+6+6/6+14;鋼絲繩結構K6×35WV+IWR,其股結構為1+6+6/6+16。

      4國內旋挖鉆機用鋼絲繩使用情況
      4.1調頭和切頭使用
      借鑒煤炭系統用繩成功經驗,國內旋挖鉆機用戶也有調頭、切頭的實踐,通過改變鋼絲繩反復纏繞滑輪的區段,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等旋挖鉆機就有這種實踐。
      4.2隨意加大鋼絲繩直徑大部分旋挖鉆機為多層纏繞,隨意增大鋼絲繩直徑,會加速由第1纏繞層向第2纏繞層過渡段的斷絲、斷股現象出現,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”現象嚴重,該種選擇應當列為禁忌內容。
      為全面提高鋼絲繩使用性能,用戶訂購鋼絲繩時最好提供卷簡及溝槽具體尺寸,以便鋼絲繩生產制造企業合理地設計、選擇鋼絲繩直徑,保證所供應鋼絲繩與設備特別是卷筒溝槽的合理匹配。
      4.318×7結構鋼絲繩使用過程中的跨層交錯18×7結構鋼絲繩系不旋轉鋼絲繩品種之
      。按照GB/Y8919-1996鋼絲繩標準推薦可用于立井提升、立井罐道及索道承重,開鑿立井提升等多種用途。近年來國內也在旋挖鉆機上使用。
      18×7結構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難度。由于捻制質量問題會造成該類鋼絲繩使用過程中發生跨層交錯現象,導致鋼絲繩失去使用價值。在旋挖鉆機上使用的18×7結構鋼絲繩一般在使用前、中期發現跨層交錯的缺陷。
      使用18×7結構鋼絲繩的設備,由于滑輪直徑、輪槽尺寸、形狀匹配不當,也會誘發鋼絲繩發生跨層交錯現象。
      英國BRITO鋼絲繩有限公司認為:股芯突出是突然加載引起的扭曲不平衡造成的。筆者認為跨層交錯與股芯突出有較多相同的表征。
      根據筆者的實踐與認識:一般不推薦旋挖鉆機選用18×7結構鋼絲繩,特別是中小鋼絲繩企業生產制造的該種結構鋼絲繩。
      4.4K4×39S+5FC結構鋼絲繩的選用目前國內擁有日本住友SD-205-2型旋挖鉆機的用戶有選用K4×39S+5FC,4V×39S+5FC等結構鋼絲繩替代日本原機配套鋼絲繩的示例,且應用效果較好,具有一定的推廣價值。
      國內鋼絲繩行業人士擬在不同國別、不同型號的旋挖鉆機上全面推廣4股鋼絲繩。這種觀點值得商榷,4股鋼絲繩不是萬能結構,必然有其適用范圍。
      4.5忽視拾向造成不良后果
      西鐵建設工地使用三一重工生產制造的SR168旋挖鉆機,由于錯選左交互捻鋼絲繩,雖然結構、規格相同,但是鋼絲繩的使用性能極差。鋼絲繩使用過程中嚴重松捻,部分區段幾乎成直條狀,僅鉆成32m深孔4個,鋼絲繩就失去使用價值,被迫提前更換。正常狀態下使用右交互捻同結構、同規格鋼絲繩可鉆成40m深孔l00個左右。
      中鐵四局集團機械設備租賃分公司擁有德國BG22,BG25型旋挖鉆機選用FNR35結構鋼絲繩,直徑為26,32mm。由于鋼絲繩的捻向選錯,鋼絲繩首次使用,僅2h就發生結構破壞的現象。
      4.6旋挖鉆機用鋼絲繩的強度級別不宜太高進口的旋挖鉆機一般選用1960MPa級的鋼絲繩。根據旋挖鉆機實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,旋挖鉆機用鋼絲繩的抗拉強度不宜太高。
      中鐵十五局集團機械設備工程有限公司BG25旋挖鉆機選用FNR40-1-32.5,1870MPa級、重要用途、右交互捻鋼絲繩制作成所需索具,一端擠壓套環,一端為熱縮頭。該公司的選擇值得借鑒。
      4.7副卷揚鋼絲繩的使用
      旋挖鉆機正常工作條件下,副粉揚鋼絲繩的使用壽命都較長,也有選用進口鋼絲繩,使用幾年一直沒有更換過的實例。為防止意外事故發生,樁基工程行業應借鑒煤炭行業對平衡鋼絲繩的使用期限具體規定,對該類鋼絲繩做出明確規定。

      5鋼絲繩的合理選擇
      旋挖鉆機用鋼絲繩的使用工況復雜多變,要求鋼絲繩具有良好的使用性能。要合理優選旋挖鉆機用鋼絲繩,首先必須對旋挖鉆機的施工使用情況以及當前國產鋼絲繩的種類和特點進行分析和研究,然后根據不同企業、不同型號旋挖鉆機和設備定額提升能力確定鋼絲繩的類型、結構、規格,以保證設備在施工中的安全。
      5.1鋼絲繩結構的合理選擇
      (1)由于旋挖鉆機用鋼絲繩工作方式屬于單繩起重,即鋼絲繩在工作時存在自由端,基于安全性和操作便利考慮,在選購鋼絲繩時應優先選用抗旋轉鋼絲繩。
      (2)鑒于目前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,應該配置柔韌性能好、抗磨損性能佳、抗旋轉且抗擠壓性能較好的鋼絲繩。
      地質狀態、設備狀態、操作者的實際技術水平都會直接影響到成孔的具體數量,都會直接影響到旋挖鉆機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的型號一旦選定,卷揚機就已經確定,其繩槽幾何尺寸等物理參數是固定的,因此選擇鋼絲繩的直徑必須滿足旋挖鉆機使用說明書中的要求。
      在選擇鋼絲繩合適結構之后,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直徑比率。
      旋挖鉆機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鋼絲繩長度的合理選擇若鉆孔深度不是很深時,卷筒上纏繞的鋼絲繩不宜超過2層,鋼絲繩總長度為孔深、鉆機高度之和,再增加15~20m,留作纏繞卷筒的安全繩及其鋼絲繩出現影響使用缺陷時的可供幾次切除的長度,比較適宜。


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