張 剛，李曉亮，李寒菊

(徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司，江蘇 徐州221004)

主卷揚是旋挖鉆機(jī)的一個關(guān)鍵部件，而減少主卷揚鋼絲繩的磨損，進(jìn)而提高其使用壽命，對降低旋挖鉆機(jī)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(wù)，有積極的意義。筆者試圖從與主卷揚鋼絲繩相關(guān)的設(shè)計、使用和維護(hù)等多角度去探討長期旋挖鉆機(jī)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(jī)為例，主卷揚所用鋼絲繩的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)度的壓力。在設(shè)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(dá)到1500～3000 m，甚至更深。但是，如果相應(yīng)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(jī)主卷揚鋼絲繩磨損問題的不斷研究，對廣大旋挖鉆機(jī)用戶來說意義重大。

1 從設(shè)計角度

1.1 關(guān)于天輪支架的強(qiáng)度和剛度

桅桿天輪支架的強(qiáng)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(jié)構(gòu)(如圖1所示)，這種結(jié)構(gòu)剛度差，施工過程中容易出現(xiàn)變形，導(dǎo)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(jié)構(gòu)(如圖2所示)能提高其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

圖2 八字形分叉結(jié)構(gòu)

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(yán)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(dǎo)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(xué)性能和35鋼相接近的金屬材料，繩槽通過熱處理硬度達(dá)到HRC40～45，淬硬深度3 mm，其結(jié)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(shè)計

卷筒的設(shè)計，目前普遍采用雙層排繩結(jié)構(gòu)，鋼絲繩使用壽命能滿足用戶施工要求;采用單排繩結(jié)構(gòu)，可以減少相鄰層鋼絲繩之間的相互擠壓和相互摩擦，進(jìn)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(jié)構(gòu)的卷筒設(shè)計形式，因為三排繩會大大縮短鋼絲繩的使用壽命，其嚴(yán)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(yán)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(jié)構(gòu)的卷筒，其繩槽多采用螺旋式結(jié)構(gòu)，簡單流暢，工藝性好;而多排繩結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

同時，卷筒直徑方向尺寸和壁厚的確定，主要依據(jù)強(qiáng)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(yīng)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(jìn)入導(dǎo)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(yán)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(yīng)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(jìn)口鋼絲繩滿足旋挖鉆機(jī)的施工要求。旋挖鉆機(jī)鋼絲繩的選用依據(jù)主要是應(yīng)具備適合的抗拉強(qiáng)度、較高的抗彎曲疲勞性能、良好的耐磨性，同時還應(yīng)具備承受高溫、橫向擠壓、沖擊負(fù)荷和抗旋轉(zhuǎn)的能力。還應(yīng)考慮到與滾筒的設(shè)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(jī)的放置狀態(tài)

保證施工時，鉆機(jī)底盤左右始終處于水平狀態(tài)，否則，當(dāng)鉆機(jī)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(dǎo)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(jī)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(dá)到卸土的目的，最終導(dǎo)致卸土?xí)r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(dǎo)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(qiáng)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?xí)r和天輪頻繁磨損的鋼絲繩部分

圖6 卸土?xí)r和中間導(dǎo)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(jìn)入泥沙，進(jìn)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(dǎo)致鋼絲繩損傷甚至斷繩。

圖7 提引器須潤滑充分

2.4 加強(qiáng)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(yán)重?fù)p傷，需按照操作使用說明書要求，對鉆桿進(jìn)行定期保養(yǎng)，避免卡桿現(xiàn)象的發(fā)生。

2.5 加強(qiáng)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(dāng)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(yán)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(guān)注處于施工中的鋼絲繩狀態(tài)

機(jī)手應(yīng)密切關(guān)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(yīng)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(dǎo)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(guān)的重要因素，基于在相關(guān)的文獻(xiàn)中已有過專門的分析和討論，本文不再細(xì)述。

3 結(jié)語

旋挖鉆機(jī)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(jī)的設(shè)計、施工過程中，要注意積累、總結(jié)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(jìn)旋挖鉆進(jìn)這種環(huán)保高效的施工方法得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

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