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旋挖鉆機用內層壓實鋼絲繩研制

作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發布日期：2021-08-28 14:25

信息摘要：

1旋挖鉆機用鋼絲繩使用工況及要求旋挖鉆機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旋挖鉆機用鋼絲繩使用工況及要求
旋挖鉆機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，施工作業頻繁，地質環境復雜，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性、抗沖擊性和耐磨損性。另外，鋼絲繩經常浸泡在泥漿中，對潤滑要求嚴格。而且特殊的作業工況，“咬繩”現象頻發，對鋼絲繩直徑與卷筒或滑輪尺寸匹配要求更高。

2內層壓實鋼絲繩結構標記和性能特點

2.1內層壓實鋼絲繩結構標記

NK35（W）×K7歸屬YB/T4398-20140中定義的內層壓實鋼絲繩類別，在結構前加上符號NK表示“N”來源于漢字“內”拼音的第一個字母“K”來源于GB/T8706-2006日，標準中同時使用拼音字母與英文字母進行標記，如果沒有鋼絲繩詳細結構式或對應的截面圖，從結構簡式并不能準確說明內層繩股的結構和內層繩屬性。對照GB/T8706-2006中外層八根股、九根股阻旋轉鋼絲繩的標記方法，鋼絲繩結構標記為16×K7：K（6×7+6×7-6×7-1×7）較為規范“16×K7”表示16個外層股數，每個外層股的鋼絲數量和股形狀代號，中間乘號（x）；”表示反向捻，將外層繩與內層繩分開；“6×7+6×7-6×7-1×7”為內層繩詳細結構，前綴符號“K”表示對內層繩進行壓實。CASAR企業樣本中也有類似的內層壓實鋼絲繩，鋼絲繩截面如圖2所示。

2.2內層壓實鋼絲繩性能特點

圓股內層繩壓實替代壓實股內層繩得到NK35

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

（W）×K7鋼絲繩的性能特點，這種鋼絲繩已經得到國內外廠家和用戶認可，納入旋挖鉆機用鋼絲繩的標準配置0。但對內層繩壓實有益的同時也有相應的負面影響，如壓實導致股間隙減小甚至消失對鋼絲繩的影響，鋼絲品質對內層繩壓實的影響等，要求設計制造時應精細控制，充分保證鋼絲繩的實際性能與旋挖鉆機工況相匹配。

3鋼絲繩研制

3.1鋼絲繩技術條件

依據國內用戶關于旋挖鉆機主提升用鋼絲繩要求，鋼絲繩公稱直徑32.00mm，結構NK35（W）×K7，強度級別1960MPa，光面，捻法右同向，最小破斷拉力823kN，其他指標執行YB/T4398-2014標準要求。

3.2鋼絲繩工藝設計3.2.1鋼絲繩直徑

3.2.1.1外層繩直徑

市場上的旋挖鉆機配套卷筒或滑輪尺寸普遍偏小，加之特殊的作業工況，鋼絲繩直徑上限偏差超過3%時“咬繩”現象頻繁發生。故確定鋼絲繩直徑偏差+1%~+3%，目標偏差+2%，即控制鋼絲繩直徑32.32~32.96mm，目標直徑32.64mm。考慮合繩模座壓力對鋼絲繩壓縮影響，多層股壓實結構鋼絲繩壓縮系數取0.995，外層繩累加直徑32.80mm。

3.2.1.2內層繩直徑（壓實減徑）內層繩壓實減徑（壓實前后內層繩直徑比值）與鋼絲綜合力學性能高低、股間隙大小、股結構穩定性及相鄰層外層鋼絲啃傷輕重等因素有關。鑒于壓實對于鋼絲繩性能的負面影響，選取合適的內層繩壓實減徑是內層壓實鋼絲繩研制成功的關鍵，也是保證成品鋼絲繩具有良好使用性能的基礎。通過試驗確定內層繩合適的壓實減徑，按既定繩股間隙設計及鋼絲繩所需最小截面積要求，分別設計1.05、1.06、1.07、1.08四個壓實減徑的圓股內層繩，在壓實后內層繩表面質量合格、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：

一是內層繩拆股鋼絲性能滿足YB/T4398-2014要求，不允許出現性能不合格鋼絲，且拆股鋼絲平均強度及扭轉性能損失相對最低；二是按GB/T12347一2008日要求對成品鋼絲繩進行彎曲疲勞試驗，成品外層繩的彎曲疲勞次數相對最高，并進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上進行，試驗參數：鋼絲繩規格32.00mm；鋼絲繩結構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）、滑輪數量5×2，試驗張力166.6kN（安全系數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第1根斷絲時計數停止，統計彎曲疲勞次數，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果見表1。

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

1.06最合適。

根據外層繩累加直徑、外層壓實股徑，可得壓實后內層繩徑32.80-4.94×2=22.92mm，圓股內層繩壓實減徑取疲勞試驗結果中間值1.055，壓實前內層繩徑22.92×1.055=24.18mm。按技術經驗，圓股內層繩直徑壓縮系數取0.981，可得壓實前圓股內層繩累加繩徑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勢，通常旋挖鉆機用阻旋轉多層股鋼絲繩首先推薦同向捻。

遵循多層股阻旋轉鋼絲繩捻向配置原則，右同向捻鋼絲繩，外層股右捻，內層繩選擇左交互捻，次外同層大小股為右捻，內層股和中心股組成的第二層繩按獨立鋼芯捻法配置為同向捻，即內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，即鋼絲繩阻旋轉性相對最優。

3.2.3繩股捻距及股徑

按經驗給出16股鋼絲繩捻距倍數約為7，查文獻b]資料可計算外層股徑，考慮合理的外層股間隙做適當調整取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，即內外層繩捻角相等，可計算內層繩捻距，并做適當調整，確定內層繩捻距倍數約為6.7，即內層繩捻距153.6mm。

鋼絲繩股結構相同均為1-6，基于定尺計算簡單和生產組織相對容易的考慮，除中心股外，其余股捻距倍數一致。基于相鄰層鋼絲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約為6.5，其余股捻距倍數約為9.0。

查文獻b]可計算內層繩股徑，考慮合理的層股間隙、壓實加工塑性變形影響和生產工裝實際情況做適當調整，次外層大股、次外層小股、內層股、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，對鋼絲直徑進行適當調整，鋼絲直徑見表2.

鋼絲強度級別與鋼絲纜強度級別一致為1960MPa，性能指標執行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鋼絲繩生產及性能

3.3.l股生產

組段均在6架撥股機生產，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，各股外觀質量和應力消除情況較好。

3.3.2內層繩生產

因股內層繩在筐籃式串聯機上采用專用立式預

變形骼生產完成，圈股內層緒股變形率按微松散原則控制·從鋼絲頻控制應力消除和工藝簡單控制客易等因素考慮，本次器股內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整，鋼絲繩級打設備如固5所示。鋼絲繩端部進行熔頭加工.外觀呈現均勻自然錐狀，更易于鍛機穿繩作業。級打壓實后內層繩實測平均直徑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

在皺籃式串聯合繩設備上，使用專用l6分度臥式預變形器熱制外層繩·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整，生

產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臥式拉力試驗機上進行破斷拉力試驗，實測破

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

20KAM電子數顯拉力機測量鋼絲拉力，WJ-6.彎

折試驗機測量鋼絲扭轉和彎曲性能，拆般鋼絲力學性能見表3.同直徑鋼絲的抗拉強度大于該直徑鋼

絲實測抗拉強度的92%，扭轉和彎曲指標滿足標準

要求·制繩前后鋼絲拉力統計表明，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性能結果來看，鋼絲蠅設計較合理，控制質量相對較好。經用戶現場裝配

試用，鋼絲繩旋轉角度很小，無扭結情況發生，鋼絲

繩阻旋轉性能良好。表3拆級鋼絲力等性能

Tatbte 3Mechanical propertias cf sioof wire for strand規格/抗拉強度！五轉/次前曲/次

amMP：實測標難實測標準

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旋挖鉆機周戶現場試用，效

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

4結語

鋼絲繩性能檢測和用戶使用結果表明，通過合

理的結構參數設計和嚴格過程生產控制，32.00mm NK35（MW）×K71960日Z.鋼絲繩研制獲得了預期效果。鑒于壓實對于鋼絲繞性能的負面影響，引入內層繩壓實后拆股鋼絲性能試驗和成品外層繩彎曲

疲勞試驗考核內容，并重視用戶使用效果，慎重造取

合運的圈股內層繩壓實減徑。