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旋挖鉆機(jī)用內(nèi)層壓實鋼絲繩研制

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發(fā)布日期：2021-08-28 14:25

信息摘要：

1旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩使用工況及要求旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩一端固定于卷筒上，中間通過一個定滑輪和一個導(dǎo)向輪，另一端連接于鉆桿上端提引器，屬于單繩提升，連接方式如圖1所示。鋼絲

1旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩使用工況及要求
旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩一端固定于卷筒上，中間通過一個定滑輪和一個導(dǎo)向輪，另一端連接于鉆桿上端提引器°，屬于單繩提升，連接方式如圖1所示。鋼絲繩主要功能是提升鉆桿和鉆具，施工作業(yè)頻繁，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，對于鋼絲繩的性能要求很高，配套鋼絲繩需具有較高的破斷拉力和良好的阻旋轉(zhuǎn)性、抗沖擊性和耐磨損性。另外，鋼絲繩經(jīng)常浸泡在泥漿中，對潤滑要求嚴(yán)格。而且特殊的作業(yè)工況，“咬繩”現(xiàn)象頻發(fā)，對鋼絲繩直徑與卷筒或滑輪尺寸匹配要求更高。

2內(nèi)層壓實鋼絲繩結(jié)構(gòu)標(biāo)記和性能特點(diǎn)

2.1內(nèi)層壓實鋼絲繩結(jié)構(gòu)標(biāo)記

NK35（W）×K7歸屬YB/T4398-20140中定義的內(nèi)層壓實鋼絲繩類別，在結(jié)構(gòu)前加上符號NK表示“N”來源于漢字“內(nèi)”拼音的第一個字母“K”來源于GB/T8706-2006日，標(biāo)準(zhǔn)中同時使用拼音字母與英文字母進(jìn)行標(biāo)記，如果沒有鋼絲繩詳細(xì)結(jié)構(gòu)式或?qū)?yīng)的截面圖，從結(jié)構(gòu)簡式并不能準(zhǔn)確說明內(nèi)層繩股的結(jié)構(gòu)和內(nèi)層繩屬性。對照GB/T8706-2006中外層八根股、九根股阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的標(biāo)記方法，鋼絲繩結(jié)構(gòu)標(biāo)記為16×K7：K（6×7+6×7-6×7-1×7）較為規(guī)范“16×K7”表示16個外層股數(shù)，每個外層股的鋼絲數(shù)量和股形狀代號，中間乘號（x）；”表示反向捻，將外層繩與內(nèi)層繩分開；“6×7+6×7-6×7-1×7”為內(nèi)層繩詳細(xì)結(jié)構(gòu)，前綴符號“K”表示對內(nèi)層繩進(jìn)行壓實。CASAR企業(yè)樣本中也有類似的內(nèi)層壓實鋼絲繩，鋼絲繩截面如圖2所示。

2.2內(nèi)層壓實鋼絲繩性能特點(diǎn)

圓股內(nèi)層繩壓實替代壓實股內(nèi)層繩得到NK35

（W）×K7鋼絲繩，增加鋼絲繩金屬填充系數(shù)進(jìn)而提高鋼絲繩破斷拉力；內(nèi)層繩表面光滑減小了內(nèi)外層繩股鋼絲接觸應(yīng)力，提高了內(nèi)層繩的耐磨性；減少內(nèi)層繩捻制應(yīng)力，使內(nèi)外層繩力矩更加平衡而提高鋼絲繩抗旋轉(zhuǎn)性能；一定程度上簡化了生產(chǎn)工序，提高了生產(chǎn)效率。綜合分析認(rèn)為該鋼絲繩具有等同35

（W）×K7鋼絲繩的性能特點(diǎn)，這種鋼絲繩已經(jīng)得到國內(nèi)外廠家和用戶認(rèn)可，納入旋挖鉆機(jī)用鋼絲繩的標(biāo)準(zhǔn)配置0。但對內(nèi)層繩壓實有益的同時也有相應(yīng)的負(fù)面影響，如壓實導(dǎo)致股間隙減小甚至消失對鋼絲繩的影響，鋼絲品質(zhì)對內(nèi)層繩壓實的影響等，要求設(shè)計制造時應(yīng)精細(xì)控制，充分保證鋼絲繩的實際性能與旋挖鉆機(jī)工況相匹配。

3鋼絲繩研制

3.1鋼絲繩技術(shù)條件

依據(jù)國內(nèi)用戶關(guān)于旋挖鉆機(jī)主提升用鋼絲繩要求，鋼絲繩公稱直徑32.00mm，結(jié)構(gòu)NK35（W）×K7，強(qiáng)度級別1960MPa，光面，捻法右同向，最小破斷拉力823kN，其他指標(biāo)執(zhí)行YB/T4398-2014標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2鋼絲繩工藝設(shè)計3.2.1鋼絲繩直徑

3.2.1.1外層繩直徑

市場上的旋挖鉆機(jī)配套卷筒或滑輪尺寸普遍偏小，加之特殊的作業(yè)工況，鋼絲繩直徑上限偏差超過3%時“咬繩”現(xiàn)象頻繁發(fā)生。故確定鋼絲繩直徑偏差+1%~+3%，目標(biāo)偏差+2%，即控制鋼絲繩直徑32.32~32.96mm，目標(biāo)直徑32.64mm?？紤]合繩模座壓力對鋼絲繩壓縮影響，多層股壓實結(jié)構(gòu)鋼絲繩壓縮系數(shù)取0.995，外層繩累加直徑32.80mm。

3.2.1.2內(nèi)層繩直徑（壓實減徑）內(nèi)層繩壓實減徑（壓實前后內(nèi)層繩直徑比值）與鋼絲綜合力學(xué)性能高低、股間隙大小、股結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及相鄰層外層鋼絲啃傷輕重等因素有關(guān)。鑒于壓實對于鋼絲繩性能的負(fù)面影響，選取合適的內(nèi)層繩壓實減徑是內(nèi)層壓實鋼絲繩研制成功的關(guān)鍵，也是保證成品鋼絲繩具有良好使用性能的基礎(chǔ)。通過試驗確定內(nèi)層繩合適的壓實減徑，按既定繩股間隙設(shè)計及鋼絲繩所需最小截面積要求，分別設(shè)計1.05、1.06、1.07、1.08四個壓實減徑的圓股內(nèi)層繩，在壓實后內(nèi)層繩表面質(zhì)量合格、捻制緊密的情況下，合適的壓實減徑按照以下兩項考核條件選擇：

一是內(nèi)層繩拆股鋼絲性能滿足YB/T4398-2014要求，不允許出現(xiàn)性能不合格鋼絲，且拆股鋼絲平均強(qiáng)度及扭轉(zhuǎn)性能損失相對最低；二是按GB/T12347一2008日要求對成品鋼絲繩進(jìn)行彎曲疲勞試驗，成品外層繩的彎曲疲勞次數(shù)相對最高，并進(jìn)行鋼絲繩疲勞試驗前后破斷拉力對比試驗。

鋼絲繩彎曲疲勞試驗在自制疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行，試驗參數(shù)：鋼絲繩規(guī)格32.00mm；鋼絲繩結(jié)構(gòu)NK35（W）×K7；試驗滑輪為普通鋼制滑輪，滑輪直徑1200mm（約37倍繩樣直徑）、滑輪數(shù)量5×2，試驗張力166.6kN（安全系數(shù)5倍），包角70°，有效行程長度14m，彎曲疲勞頻率30次/min，鋼絲繩彎曲疲勞試驗繞繩示意圖如圖3所示。試驗終止條件：試樣外層股外層鋼絲出現(xiàn)第1根斷絲時計數(shù)停止，統(tǒng)計彎曲疲勞次數(shù)，鋼絲繩彎曲疲勞試驗斷絲如圖4所示，鋼絲繩彎曲疲勞試驗結(jié)果見表1。

從表1試驗結(jié)果看，在相同的鋼絲繩疲勞試驗運(yùn)行參數(shù)和測量誤差下，隨著圓股內(nèi)層繩壓實減徑的增大，次外大小股外層拆股鋼絲綜合力學(xué)性能（強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)）平均損失遞增；成品外層繩彎曲疲勞次數(shù)遞減，其中內(nèi)層繩1個捻距斷絲數(shù)量遞增，成品外層繩破斷拉力損失遞增；壓實對鋼絲繩性能的負(fù)面影響遞增。基于盡可能降低壓實對鋼絲繩性能的負(fù)面影響，有效降低多層股鋼絲繩內(nèi)層繩早期疲勞斷絲缺陷發(fā)生的頻率，以及延長鋼絲繩使用壽命的因素綜合考慮，圓股內(nèi)層繩壓實減徑選取1.05~

1.06最合適。

根據(jù)外層繩累加直徑、外層壓實股徑，可得壓實后內(nèi)層繩徑32.80-4.94×2=22.92mm，圓股內(nèi)層繩壓實減徑取疲勞試驗結(jié)果中間值1.055，壓實前內(nèi)層繩徑22.92×1.055=24.18mm。按技術(shù)經(jīng)驗，圓股內(nèi)層繩直徑壓縮系數(shù)取0.981，可得壓實前圓股內(nèi)層繩累加繩徑24.18÷0.981=24.65mm。

3.2.2層繩捻向

同向捻鋼絲繩在柔軟性、耐磨性、耐疲勞性等方面相對交互捻時在捻法上更具優(yōu)勢，通常旋挖鉆機(jī)用阻旋轉(zhuǎn)多層股鋼絲繩首先推薦同向捻。

遵循多層股阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩捻向配置原則，右同向捻鋼絲繩，外層股右捻，內(nèi)層繩選擇左交互捻，次外同層大小股為右捻，內(nèi)層股和中心股組成的第二層繩按獨(dú)立鋼芯捻法配置為同向捻，即內(nèi)層股和中心股均為左捻。此時相鄰層股外層鋼絲有相對較大的接觸面積，即接觸應(yīng)力相對最小，有利于提高繩股受力均勻性。其次，鋼絲繩力矩相對最小，即鋼絲繩阻旋轉(zhuǎn)性相對最優(yōu)。

3.2.3繩股捻距及股徑

按經(jīng)驗給出16股鋼絲繩捻距倍數(shù)約為7，查文獻(xiàn)b]資料可計算外層股徑，考慮合理的外層股間隙做適當(dāng)調(diào)整取4.94mm，外層繩捻角21.23°，外層股壓實減徑（壓實前后股徑比值）取1.08，可計算壓實前外層股徑為5.34mm。

遵循多層股鋼絲繩股長相等受力均勻的原則，即內(nèi)外層繩捻角相等，可計算內(nèi)層繩捻距，并做適當(dāng)調(diào)整，確定內(nèi)層繩捻距倍數(shù)約為6.7，即內(nèi)層繩捻距153.6mm。

鋼絲繩股結(jié)構(gòu)相同均為1-6，基于定尺計算簡單和生產(chǎn)組織相對容易的考慮，除中心股外，其余股捻距倍數(shù)一致?；谙噜弻愉摻z接觸角度和鋼絲繩力矩相對最小考慮，中心股取最小常用捻距倍數(shù)約為6.5，其余股捻距倍數(shù)約為9.0。

查文獻(xiàn)b]可計算內(nèi)層繩股徑，考慮合理的層股間隙、壓實加工塑性變形影響和生產(chǎn)工裝實際情況做適當(dāng)調(diào)整，次外層大股、次外層小股、內(nèi)層股、中心股直徑依次為5.40，3.98，5.44，5.82mm。

3.2.4鋼絲直徑及性能

股中鋼絲直輕按文獻(xiàn)b]計算得出，并考虛合

理的壓實股所處層鋼絲間隙更有利于壓實塑性變彩影響，對鋼絲直徑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，鋼絲直徑見表2.

鋼絲強(qiáng)度級別與鋼絲纜強(qiáng)度級別一致為1960MPa，性能指標(biāo)執(zhí)行YB/T5343-2009重要用途鋼絲繩鋼絲性能要求口。

表2不同層鍋絲直徑

Table 2Dlaneler of dfcrant layer sioel atre鋼絲直徑/nm解絲一

賣別中心段內(nèi)層般次外屋次外居并層段

大酸小般

中心絲2.08 1.901.901.40.1.90外層址1.871.771.751.291.723.3鋼絲繩生產(chǎn)及性能

3.3.l股生產(chǎn)

組段均在6架撥股機(jī)生產(chǎn)，在股合攏口即鋼絲成

絲前采用淋油潮滑工藝，以提高股問鋼絲的潤滑效果，增強(qiáng)鋼絲繩抗疲勞性能。檢股過程中正確有效使用后矯直器，各股外觀質(zhì)量和應(yīng)力消除情況較好。

3.3.2內(nèi)層繩生產(chǎn)

因股內(nèi)層繩在筐籃式串聯(lián)機(jī)上采用專用立式預(yù)

變形骼生產(chǎn)完成，圈股內(nèi)層緒股變形率按微松散原則控制·從鋼絲頻控制應(yīng)力消除和工藝簡單控制客易等因素考慮，本次器股內(nèi)層繩壓實工藝選取離線像打壓實法，繳打頻率視實際情況實時調(diào)整，鋼絲繩級打設(shè)備如固5所示。鋼絲繩端部進(jìn)行熔頭加工.外觀呈現(xiàn)均勻自然錐狀，更易于鍛機(jī)穿繩作業(yè)。級打壓實后內(nèi)層繩實測平均直徑22.90mm，實測捻距154.0mm。圖5制絲場籃打沒備

Fig5 Farging oqulemont of wire rope

3.3.3外層繩生產(chǎn)

在皺籃式串聯(lián)合繩設(shè)備上，使用專用l6分度臥式預(yù)變形器熱制外層繩·外層股變形率按微松散原

則控制，合繩時各股張力盡可能一致并及時調(diào)整，生

產(chǎn)中重視使用液壓模座和加長模具，可提高鋼絲繩的撿制均勻性、緊密性和平直度。成品鋼絲須實測

平均直徑32.66mm，實測捻距224.5um，成品鋼絲繩捻制應(yīng)力消除較好。

3.3.4鋼絲繩性能

按GB/T 8358-2014要求采用合金流鑄法在

2001臥式拉力試驗機(jī)上進(jìn)行破斷拉力試驗，實測破

斷拉力891kN，斷l(xiāng)0段（l0個外層股），斷口距離夾頭約800mm，高出設(shè)計最小破斷拉力823kN約8.3%，約70%的鋼絲呈明顯縮頸斷口。XLD-

20KAM電子數(shù)顯拉力機(jī)測量鋼絲拉力，WJ-6.彎

折試驗機(jī)測量鋼絲扭轉(zhuǎn)和彎曲性能，拆般鋼絲力學(xué)性能見表3.同直徑鋼絲的抗拉強(qiáng)度大于該直徑鋼

絲實測抗拉強(qiáng)度的92%，扭轉(zhuǎn)和彎曲指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)

要求·制繩前后鋼絲拉力統(tǒng)計表明，鋼絲繩實測破

斷拉力與拆股鋼絲破新拉力總和比為0.826.從破

斷拉力試驗和橋股鋼絲力學(xué)性能結(jié)果來看，鋼絲蠅設(shè)計較合理，控制質(zhì)量相對較好。經(jīng)用戶現(xiàn)場裝配

試用，鋼絲繩旋轉(zhuǎn)角度很小，無扭結(jié)情況發(fā)生，鋼絲

繩阻旋轉(zhuǎn)性能良好。表3拆級鋼絲力等性能

Tatbte 3Mechanical propertias cf sioof wire for strand規(guī)格/抗拉強(qiáng)度！五轉(zhuǎn)/次前曲/次

amMP：實測標(biāo)難實測標(biāo)準(zhǔn)

1.8719%5-2010 24-31>18 10-14>71.7l41-190226-36>19l1-16>81.751%7-2028 24-33≥1910-15>81.721965-204125-35>19l1-15>81.29I948-209926-34>2013-18>10試制鋼絲烯交付國內(nèi)旋挖鉆機(jī)周戶現(xiàn)場試用，效

果良好，作業(yè)量達(dá)到用戶預(yù)期要求，相比35（W）x k7鋼絲繩在旋挖鉆機(jī)上使用，具有較高的性價比

4結(jié)語

鋼絲繩性能檢測和用戶使用結(jié)果表明，通過合

理的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和嚴(yán)格過程生產(chǎn)控制，32.00mm NK35（MW）×K71960日Z.鋼絲繩研制獲得了預(yù)期效果。鑒于壓實對于鋼絲繞性能的負(fù)面影響，引入內(nèi)層繩壓實后拆股鋼絲性能試驗和成品外層繩彎曲

疲勞試驗考核內(nèi)容，并重視用戶使用效果，慎重造取

合運(yùn)的圈股內(nèi)層繩壓實減徑。

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