郭坤，翁煒，李超，劉家榮，郭強(qiáng)

(北京探礦工程研究所，北京 100083)

1 225 t頂驅(qū)鉆機(jī)的主要參數(shù)

225 t頂驅(qū)鉆機(jī)配套鉆塔井架高度為43 m，配備一個大鉤，大鉤提升能力為225 t，繩系為5×6，可起升3根9.6 m立根。鉆機(jī)配備的主絞車為直驅(qū)絞車，快繩拉力為225 kN，卷筒直徑473 mm，鋼絲繩直徑26 mm，鋼絲繩層數(shù)6層。

鉆探用主絞車卷筒屬于大直徑多層纏繞，在實(shí)際使用過程中，常出現(xiàn)互相繞繩的“亂繩”現(xiàn)象。這會導(dǎo)致鋼絲繩的擠壓強(qiáng)度大幅增加，造成鋼絲繩使用壽命變短。常規(guī)的主絞車一般配備主動排繩器或者采用螺旋線滾筒來避免這個問題，但是效果不甚理想，鋼絲繩的壽命依然處于較低水平。在研制225 t鉆機(jī)的過程中，為解決主絞車亂繩問題，采用了雙折線繩槽卷筒的形式。

2 雙折線繩槽卷筒的結(jié)構(gòu)

所謂雙折線繩槽，就是將繩槽的一周分成四段，相對的兩段和法蘭盤平行，屬于直槽，另外兩段不平行于法蘭盤，為折線槽，且每個折線上下兩點(diǎn)錯開的距離為0.5個節(jié)距。這種結(jié)構(gòu)可以保證滾筒在轉(zhuǎn)動一圈后繩槽正好錯開1個節(jié)距，使鋼絲繩排列整齊。在纏繞到多層時，折線槽上層與下層鋼絲繩處于交叉狀態(tài)，直槽上層鋼絲繩落在下層鋼絲繩之間的凹陷內(nèi)，使鋼絲繩排列依然整齊。一般而言，折線槽占據(jù)整個繩槽的20%，直槽占據(jù)整個繩槽的80%，這可以保證上下層鋼絲繩的交錯距離較短的情況，每層鋼絲繩都排列整齊，這種整齊排列是一種線接觸，有別與傳統(tǒng)光筒或螺旋線筒的點(diǎn)接觸，這種線接觸保證了每層鋼絲繩處于受力均勻狀態(tài)，不會出現(xiàn)光筒或者螺旋線筒中的下層鋼絲被上層鋼絲侵入導(dǎo)致的“亂繩”現(xiàn)象，雙折線繩槽的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 雙折線繩槽卷筒

雙折線卷筒的兩個端部，需要一個高出滾筒基面的凸臺。這個結(jié)構(gòu)可以保證每一層鋼絲繩纏繞完成后順利進(jìn)入下一層，使鋼絲繩可以排列整齊。

3 雙折線繩槽卷筒的優(yōu)勢

3.1 不亂繩

卷筒在提升和下放的過程中，不會出現(xiàn)亂繩的現(xiàn)象，速度均勻，提升力穩(wěn)定[1]。

3.2 安全性高

降低了因亂繩磨損導(dǎo)致的“斷繩”現(xiàn)象發(fā)生，設(shè)備安全與人員安全有所保證。

3.3 經(jīng)濟(jì)性好

極大地延長了鋼絲繩的使用壽命，延長了換繩周期，增加了純鉆進(jìn)時間，降低了鉆探施工成本。

3.4 維護(hù)保養(yǎng)方便

由于雙折線繩槽不需配備主動排繩器，絞車結(jié)構(gòu)簡化，維修保養(yǎng)工作更為簡單，工作強(qiáng)度降低。

4 雙折線繩槽卷筒的加工制造

由于雙折線繩槽滾筒特有的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其加工制造過程有別與普通的光筒,常規(guī)的加工制造方法有2種。

(1)直接加工法：在光筒上直接加工出雙折線槽，使整個卷筒成為一體式的雙折線繩槽滾筒，這種加工方法成本較高，加工周期較長，適用于加工量較少的情況。

(2)組裝法：通過焊接或者螺栓連接的方式，光筒上安裝雙折線繩槽片，雙折線繩槽片一般為兩個半片，以鑄造或者機(jī)加工的方法制造半片，這種加工方法適用于批量制造，單臺滾筒成本較低。

5 雙折線繩槽的卷筒參數(shù)

卷筒繩槽直徑26 mm，繩槽數(shù)54道，卷筒長度1200 mm。

6 鋼絲繩的選型和纏繞

6.1 鋼絲繩的選型

225 t鉆機(jī)的主絞車在鋼絲繩選型的過程中，要考慮耐擠壓能力和伸長率兩個問題。若伸長率過大，會導(dǎo)致底層的鋼絲繩之間的間隙過大，上層的鋼絲繩在纏繞時侵入底層鋼絲繩之間的縫隙中，對底層兩側(cè)鋼絲繩進(jìn)行擠壓，減少鋼絲繩的壽命。選用鋼絲繩時，需采用直徑為正公差的鋼絲繩，一般在2%～4%的范圍內(nèi),直徑超出此范圍也可能導(dǎo)致“亂繩”現(xiàn)象的發(fā)生。主絞車的鋼絲繩采用26 mm規(guī)格，其自然狀態(tài)下的直徑為26.6～27.0 mm，在許可的正公差之內(nèi)。主絞車提升600 kN的負(fù)載時，受力狀態(tài)下鋼絲繩的直徑為26.1～26.3 mm之間，在合理的范圍之內(nèi)，鋼絲繩伸長率較小，可以滿足主絞車的使用要求。

6.2 鋼絲繩的纏繞

鋼絲繩的纏繞主要分為導(dǎo)引段固定、首層纏繞、加載纏繞三個步驟。

(1)導(dǎo)引端的固定需將鋼絲繩的導(dǎo)引端穿過法蘭盤上的繩入口，穿過入口后，在法蘭盤外側(cè)通過鋼絲繩壓緊裝置固定，調(diào)節(jié)至鋼絲繩不易拉出。

(2)首層纏繞尤為重要，因?yàn)楹罄m(xù)多層鋼絲繩的纏繞都要依賴首層鋼絲繩形成的“繩槽”。首層纏繞需要施加一定的張力，才能保證首層鋼絲緊貼滾筒的繩槽，保證在有負(fù)載的情況下首層鋼絲不被后續(xù)多層鋼絲繩侵入擠壓。這個張力一般取額定負(fù)載的10%或者鋼絲繩破斷強(qiáng)度的2%，使用2者中較高的數(shù)值[2]。張力可以在兩種情況下取得:在鉆塔未起升時，由于主絞車具備起塔功能，此時大鉤通過與起塔大繩固定，在卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，施加在鋼絲繩的張力越來越大，直到鋼絲繩和滾筒繩槽貼近，獲得合格的張力;繼續(xù)加載時，鉆塔開始起塔,在鉆塔已起立的情況下，可以利用大鉤自身重量進(jìn)行加載，若加載力有限，可以提取額外的重物或者用額外的絞車進(jìn)行反向牽引大鉤獲得張力。

(3)首層纏繞完成后，后續(xù)的多層纏繞相對容易，可以在持續(xù)負(fù)載產(chǎn)生的額外張力下進(jìn)行多層纏繞。

此外，鋼絲繩進(jìn)入卷筒的角度也是直接影響鋼絲繩纏繞質(zhì)量的重要因素，這個角度一般為天車定滑輪至卷筒繩槽的直線與天車定滑輪中心至卷筒中心直線兩者之間的夾角。225 t鉆機(jī)設(shè)計(jì)的此處夾角為0.75°，此角度可由天車與主絞車的安裝位置決定，這在鉆機(jī)的總設(shè)計(jì)中已經(jīng)做了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

7 結(jié)語

225 t鉆機(jī)正在研制過程中，主絞車已完成了制造，在廠內(nèi)試驗(yàn)的過程中，沒有出現(xiàn)亂繩現(xiàn)象，運(yùn)行平穩(wěn)。