減少旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩磨損的方法探討

張 剛，李曉亮，李寒菊

(徐州徐工基礎工程機械有限公司，江蘇 徐州221004)

主卷揚是旋挖鉆機的一個關鍵部件，而減少主卷揚鋼絲繩的磨損，進而提高其使用壽命，對降低旋挖鉆機用戶的施工成本，包括鋼絲繩的材料消耗成本和更換鋼絲繩的人工成本，如期完成施工任務，有積極的意義。筆者試圖從與主卷揚鋼絲繩相關的設計、使用和維護等多角度去探討長期旋挖鉆機制造和施工所遇到的一些實際問題及解決方法。

以一臺鉆挖扭矩為280 kN·m的旋挖鉆機為例，主卷揚所用鋼絲繩的標準配置為32 mm×115 m，其材料成本為6000～11000元不等，更換一根鋼絲繩所用的平均人工為6 h/人×4人，同時還面臨來自工程進度的壓力。在設計合理、操作規(guī)范、保養(yǎng)良好的情況下，一根鋼絲繩的鉆孔累計深度能達到1500～3000 m，甚至更深。但是，如果相應環(huán)節(jié)不能得到有效控制，有的用戶一根鋼絲繩鉆孔500 m甚至300 m就報廢了。由此可見，針對減少旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩磨損問題的不斷研究，對廣大旋挖鉆機用戶來說意義重大。

1 從設計角度

1.1 關于天輪支架的強度和剛度

桅桿天輪支架的強度和剛度需要根據(jù)使用工況的要求來確定，避免使用扁平式結構(如圖1所示)，這種結構剛度差，施工過程中容易出現(xiàn)變形，導致主卷揚上的2只主卷揚滑輪不在一個平面內(nèi)，使鋼絲繩磨損加劇。使用八字形分叉結構(如圖2所示)能提高其結構剛度，使變形現(xiàn)象得到有效避免，同時也使主副卷揚鋼絲繩分布更趨合理。

圖1 扁平式結構

圖2 八字形分叉結構

1.2 主卷揚滑輪材料的選取

主卷揚滑輪材料和繩槽熱處理參數(shù)選取時，首先要考慮和所選鋼絲繩相匹配。早期的滑輪選取MC尼龍材料時，滑輪磨損嚴重，兩根繩用完后，滑輪就需更換，常常是鋼絲繩鋸斷了滑輪后又磨傷了滑輪軸，其創(chuàng)口又反過來加劇了鋼絲繩的磨損;采用球墨鑄鐵材料時，滑輪硬度高，耐磨性好，導致鋼絲繩磨損快，匹配同樣不合理。

經(jīng)過長期的實驗和使用，滑輪選取力學性能和35鋼相接近的金屬材料，繩槽通過熱處理硬度達到HRC40～45，淬硬深度3 mm，其結果顯示，滑輪和鋼絲繩之間匹配較為合理，能夠保持長期處于良好的工作狀態(tài)。

1.3 卷揚卷筒的設計

卷筒的設計，目前普遍采用雙層排繩結構，鋼絲繩使用壽命能滿足用戶施工要求;采用單排繩結構，可以減少相鄰層鋼絲繩之間的相互擠壓和相互摩擦，進一步改善鋼絲繩的使用狀況，大幅提高其使用壽命;從實際施工效果看，如空間允許，盡可能不采用三排繩結構的卷筒設計形式，因為三排繩會大大縮短鋼絲繩的使用壽命，其嚴重的磨損經(jīng)常出現(xiàn)在鋼絲繩的換層處(如圖3所示)。

圖3 嚴重的磨損經(jīng)常出現(xiàn)在鋼絲繩的換層處

需要說明的是，單排繩結構的卷筒，其繩槽多采用螺旋式結構，簡單流暢，工藝性好;而多排繩結構的卷筒，為了減少鋼絲繩之間的交叉擠壓，使外圈鋼絲繩盡可能落在內(nèi)圈兩相鄰鋼絲繩之間，所以多采用雙折線式結構。

同時，卷筒直徑方向尺寸和壁厚的確定，主要依據(jù)強度需求、容繩量和裝配空間許可;卷筒長度方向尺寸的確定，應充分考慮到鋼絲繩在工作過程中所允許的偏角θ的限制(鋼絲繩偏角θ指鋼絲繩從卷筒端部引出后進入導向輪和天輪時，鋼絲繩中心偏離滑輪對稱面的角度，如圖4所示)。鋼絲繩偏角越小越好，如偏角超出許可范圍，會加劇鋼絲繩和滑輪槽邊的相互磨損，偏角越大造成的磨損越嚴重，直接影響鋼絲繩的使用壽命。施工實踐證明，許多鋼絲繩早期破壞的實例就是由于受到非正常磨擦或擠壓造成的。

圖4 需要限制的鋼絲繩偏角

1.4 鋼絲繩的選型

鋼絲繩的選型和供應商的選定也很重要。目前部分國產(chǎn)鋼絲繩性價比較高，完全可以替代進口鋼絲繩滿足旋挖鉆機的施工要求。旋挖鉆機鋼絲繩的選用依據(jù)主要是應具備適合的抗拉強度、較高的抗彎曲疲勞性能、良好的耐磨性，同時還應具備承受高溫、橫向擠壓、沖擊負荷和抗旋轉(zhuǎn)的能力。還應考慮到與滾筒的設計旋向和尺寸相匹配。目前選用右旋交互捻金屬芯類鋼絲繩居多。

2 從使用和保養(yǎng)角度

2.1 鉆孔時鉆機的放置狀態(tài)

保證施工時，鉆機底盤左右始終處于水平狀態(tài)，否則，當鉆機底盤左右方向處于傾斜狀態(tài)時，桅桿必須處于豎直狀態(tài)，鋼絲繩通過滑輪時導致不同程度的偏磨，加速磨損。此種情況在施工過程中時常遇到。

2.2 保持正確的卸土方式

在鉆直徑1 m以下的樁孔時，特別是遇到粘土層時，使用泥斗卸土困難。此時，很多機手在旋轉(zhuǎn)動力頭卸土效果較差的情況下，轉(zhuǎn)而采用操作主卷揚，通過不停收繩和放繩，依靠制動的慣性和沖擊來達到卸土的目的，最終導致卸土時和主卷揚滑輪相互接觸的那一段繩頻繁來回摩擦，如圖5、圖6所示，圖中A、B、C各段鋼絲繩局部磨損加劇，導致整根繩提前報廢。解決此類問題的方法是選取適用的鉆具，如開瓣斗來解決卸土問題，也可以在鉆斗中增加強制卸土功能。同時還可以考慮將鋼絲繩長度留有富余量，需要時將安裝在卷筒上的鋼絲繩端截去4～5 m，使原先和滑輪發(fā)生頻繁磨損以及易損的卷筒換層處的鋼絲繩段錯開。

圖5 卸土時和天輪頻繁磨損的鋼絲繩部分

圖6 卸土時和中間導向輪頻繁磨損的鋼絲繩部分

2.3 保證提引器潤滑充分

每班都要向提引器注入新的潤滑脂，將已使用過的潤滑脂從油封處擠出，保證鋼絲繩下端的提引器得到充分潤滑(如圖7所示)，否則，使用過的潤滑脂潤滑性能下降，雜質(zhì)較多，會引起油封唇口損壞，進入泥沙，進一步加劇軸承磨損，最終造成提引器轉(zhuǎn)動不靈活，鋼絲繩擰勁過度，導致鋼絲繩損傷甚至斷繩。

圖7 提引器須潤滑充分

2.4 加強鉆桿保養(yǎng)，避免卡桿

因為卡桿而造成大落差的砸桿故障的發(fā)生，其巨大的沖擊力，也會造成鋼絲繩的嚴重損傷，需按照操作使用說明書要求，對鉆桿進行定期保養(yǎng)，避免卡桿現(xiàn)象的發(fā)生。

2.5 加強卷筒繩槽的檢查

每次換繩時，要注意檢查卷筒的狀況是否良好，當卷筒上的繩槽，由于長期磨損造成兩側(cè)出現(xiàn)鋒利的尖角時，需要及時修磨(如圖8所示)繼續(xù)使用，否則會割斷繩上的鋼絲。卷筒磨損嚴重時，需及時更換。

圖8 繩槽兩側(cè)出現(xiàn)鋒利尖角時需及時修磨

2.6 密切關注處于施工中的鋼絲繩狀態(tài)

機手應密切關注處于施工中的鋼絲繩狀態(tài)，一旦出現(xiàn)過度磨損、起刺、斷股等異常情況，應引起警覺，及時更換，否則會引起斷繩。甚至由于搶救不及時，而導致塌孔埋鉆重大施工事故的發(fā)生。

2.7 引發(fā)鋼絲繩故障的其它因素

諸如滑輪直徑和繩槽半徑的選取、壓繩器松緊的調(diào)整、滑輪內(nèi)軸承的潤滑以及鋼絲繩的繩間潤滑等，同樣是和鋼絲繩磨損相關的重要因素，基于在相關的文獻中已有過專門的分析和討論，本文不再細述。

3 結語

旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩的壽命影響著旋挖施工的成本和效率，因此在旋挖鉆機的設計、施工過程中，要注意積累、總結減少鋼絲繩磨損的經(jīng)驗和方法，提高鋼絲繩的使用壽命，促進旋挖鉆進這種環(huán)保高效的施工方法得到進一步的推廣應用。

［1］李曉亮，張杰，呂偉祥，等.旋挖鉆機主卷揚鋼絲繩磨損分析及壓繩器的改進設計［J］.建筑機械，2012(2):111－112.

［2］嚴自勉.起重鋼絲繩通過滑輪的偏角和包角對鋼絲繩壽命的影響［J］.制冷空調(diào)與電力機械，2004，25(1):3－6.

［3］緱慶林.旋挖鉆機用鋼絲繩選擇［J］.金屬制品，2011，37(6):63－66.

［4］陳輝，楊明友.如何提高旋挖鉆機鋼絲繩的使用壽命［J］.探礦工程，2002，(6):22－23.

［5］緱慶林，上官文成.旋挖鉆機對鋼絲繩的要求［J］.金屬制品，2004，30(1):27－32.

［6］黎中銀，焦生杰，吳方曉.旋挖鉆機與施工技術［M］.北京:人民交通出版社，2010.