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旋挖钻机主卷扬卷筒的排绳布局
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旋挖钻机主卷扬卷筒的排绳布局


旋挖钻机是一种取土成孔灌注桩施工机械。在主卷扬浮动工作状态时,依靠动力头驱动钻杆并带动钻斗回转切屑土壤,然后操纵主卷扬将钻杆、钻斗提升至孔外卸土,如此周期性循环作业。由此可见,旋挖钻机主卷扬是一个特别重要的部件。本文主要探讨旋挖钻机主卷扬卷筒排绳布局问题。

  1.旋挖钻机主卷扬卷筒分类及特点

  (1)绳槽类型

  目前旋挖钻机所用主卷扬卷筒,根据绳槽类型可分为螺旋卷筒和折线卷筒。

  螺旋卷筒绳槽呈螺旋状,如图1a所示。其绳槽结构特点如下:绳槽直径D1是钢丝绳直径D2的1.05倍,绳槽深度H1约为钢丝绳直径D2的1/3,绳槽节距P1为钢丝绳直径D2的1.12倍。

  折线卷简绳槽形式分为单折线卷简和双折线卷筒2种。折线卷筒绳槽除了满足螺旋卷筒绳槽特征外,还具有以下特征:斜线绳槽与直线绳槽交替布置,一般斜线绳槽占绳槽周长的20%左右。而双折线卷筒的1个绳槽周长中,各有2段交替布置的斜线绳槽和直线绳槽,如图1b所示。目前在多层钢丝绳缠绕的卷筒中,普遍选用双折线卷筒。

  (2)绳槽旋向

  根据绳槽旋向,卷筒可分为左旋卷简和右旋卷筒,可采用左手法则与右手法则判定。伸出左手,四指握住卷筒,大拇指所指方向为卷筒第一层排绳方向,符合此规律则为左旋卷筒(见图1a)。右旋卷筒与左旋卷筒排绳方向相反。

  (3)钢丝绳层数

  根据钢丝绳缠绕层数,卷筒可分为单层卷筒和多层卷筒,如图2所示。

  单层螺旋卷筒有以下4个特点:一是在钢丝绳缠绕过程中,可始终保持足够拉力,以便将钢丝绳紧贴在绳槽表面,有效防止钢丝绳跳槽;二是在压绳器作用下,钢丝绳能随绳槽导向整齐有序缠绕,避免了咬绳、压绳现象,从而延长钢丝绳使用寿命;三是滑轮中心面与绕出钢丝绳夹角不宜超过3.5°,以便更好的为钢丝绳导向,避免绳槽表面与钢丝绳产生摩擦;四是卷简直径较大且长度较长,以增加钢丝绳缠绕圈数,满足钻孔深度要求。

  多层双折线卷筒有以下4个特点:一是钢丝绳需始终保持足够拉力(一般小小于钢丝绳工作载荷的10%),在压绳器作用下可保证缠绕过程中钢丝绳排列始终整齐有序;二是将上、下两层钢丝绳交叉的长度减少到20%左右,以保证其余80%长度钢丝绳顺利缠绕在下层钢丝绳形成的直线绳槽内,有效降低了咬绳、磨绳与乱绳现象;三是滑轮中心面与绕出钢丝绳夹角出绳角度保持在0.5°~1.5°,以保持钢丝绳有序、紧凑地排列,避免钢丝绳在折线与直线相交处产生点接触、磨损、咬绳及跳绳;四是折线卷简直径较小、长度较短,钢丝绳可多层绳布局(保证钻孔深度所需钢丝绳长度),便于安装在尺寸受限的支架平台。

  2.旋挖钻机主卷扬卷筒安装位置

  旋挖钻机主卷扬安装位置主要有以下2种情况:一是置于桅杆底部,二是置于旋转台后部。

  采用双折线卷筒的主卷扬,卷筒置于桅杆底部,如图3所示。主卷扬前置时,钢丝绳出绳容易与桅杆液压缸等部件产生干涉,因此主卷扬一般设计得比较小。为满足钻孔深度要求,主卷扬钢丝绳布局一般需3层或以上。

  采用单层螺旋卷筒的主卷扬,卷筒置于旋转平台后部,如图4所示。为从根本上消除多层钢丝绳缠绕所带来钢丝绳之间的咬绳、压绳、磨绳等危害,许多旋挖机生产厂家采用螺旋型大卷筒单层钢丝绳主卷扬。但是由于受空间制约,需将其置于旋挖钻机旋转平台后部。为满足单层绳布局的蜚求,一些厂家采用双卷扬减速机和增大卷简直径的方式。这不仅增加了制造成本,2台减速机还会因解锁控制滞后等难以同步运行,导致减速机故障率提高。

  3.旋挖钻机主卷扬卷筒存在的问题

  (1)旋挖钻机多层螺旋卷筒

  多层螺旋卷筒在缠绕钢丝绳时,由于上、下钢丝绳的缠绕旋向相反,上层每一圈钢丝绳都不能很好的落入下层钢丝绳形成的螺旋绳槽内,所以钢丝绳很容易出槽。尤其多层绳的缠绕不可避免的存在压绳、磨绳、乱绳现象,严重影响钢丝绳使用寿命。多层钢丝绳缠绕卷筒与绕出钢丝绳夹角不宜超过2°,否则磨绳、咬绳、乱绳现象更加明显。因此旋挖钻机卷扬采用多层绳布局时,不宜采用螺旋卷筒,一般采用双折线卷筒。

  (2)旋挖钻机双折线卷筒

  虽然旋挖钻机一般采用双折线卷筒,但是双折线卷筒仍存在以下4个问题:

  一是底层至第2层的爬绳导向块位置范围很难达到所需要求。在底层钢丝绳绕完后继续绕第2层时,容易引起后面排列的钢丝绳之间咬绳和磨绳,特别在斜绳槽与直绳槽转换的区域,钢丝绳磨损更加严重。

  二是双折线绳槽圆弧形状、深浅、槽径很难达到设计要求。一些生产厂家南于没有折线卷筒检测设备,使得费用高且不合格的折线卷筒仍在使用。这样的双折线卷简对钢丝绳将产生破坏作用。

  三是高精度磨具费用较高。采用低精度磨具铸造出的绳槽及槽肩毛刺较多,容易割坏钢丝绳,铸造废品率高、合格率低、质量难以保证。

  四是双折线卷筒对钢丝绳的出绳偏角要求严格。这个偏角与钢丝绳负荷、结构与速度有一定关系。此外,双折线卷筒排绳布局的整齐有序与否,还与操作环境和操作者有关。

  4.改进措施

  综合实践经验和以上分析,为解决钻深孔时螺旋卷筒需要排绳布局到第2层(第2层最大排绳3圈以内)带来的咬绳、压绳问题,同时考虑降低制造成本和提高产品可靠性,本人研发了一种新型变径变旋向卷筒,如图5所示。

  新型变径变旋向卷筒具有以下4个特点:

  一是卷筒左端设有4圈绳槽宽度和节圆直径稍小的钢丝绳固定安全圈。这4圈绳槽属于右旋双折线绳槽,其余绳槽为工作段属于左旋螺旋绳槽,左旋螺旋绳槽为标准直径。旋挖钻机施工时,钢丝绳工作段始终为单层排绳,其缠绕在螺旋绳槽及由内层双折线绳槽钢丝绳外表面所形成的绳槽中。

  二是左端底层钢丝绳上表面组成的绳槽,与工作段卷筒上标准直径绳槽可平滑过渡。在卷筒左端180°螺旋升角导向块作用下,第2层钢丝绳与底层钢丝绳绕绳、排绳方向相反,因此第2层钢丝绳螺旋升角为左旋方向,适合左手法则。为防止缠绕过程中由螺旋升角引起钢丝绳散股,该卷筒采用右旋结构的钢丝绳。

  三是在旋挖钻机钻孔最深时,钢丝绳排绳、出绳在双折线绳槽处。在起升钻杆时,钻杆前几节重力(约占钻杆自身重力的85%)由动力头支撑。此时双折线绳槽钢丝绳所受拉力最小,且绳槽中80%长度的直线段绳槽可有效减轻钢丝绳咬绳、磨绳现象。

  四是不存在钢丝绳换层情况。钢丝绳安装完之后,钻孔工作时底层4圈安全圈钢丝绳始终不动,因此不存在钢丝绳换层情况,不会在上升到第2层时,因卷简导绳块位置不合适造成钢丝绳损坏。

  新型变径变旋向卷筒主卷扬安装在旋挖钻机上之后,已经投入实际钻孔施工。使用结果表明,该卷筒排绳布局整齐有序,不仅避免了钢丝绳咬绳和压绳,保护了经常使用的受拉段钢丝绳,提升了钢丝绳使用寿命,减少了钢丝绳更换频率,提高了施工效率,还消除了因钢丝绳断裂带来的砸杆、侧翻等重大安全隐患。

  5,使用注意事项

  主卷扬卷筒在使用中需注意以下3点:

  (1)保持安全圈数

  钢丝绳在螺旋卷筒和折线卷筒上缠绕,卷筒上均需保留3圈以上安全圈数。在使用过程中,若安全圈数少于3圈,钢丝绳与卷筒之间的摩擦力会减小,有可能将钢丝绳末端拔出,造成安全事故。

  (2)勿忘连接提引器

  钢丝绳缠绕在卷筒上时,适用弹簧拉长理论。即在钢丝绳两端固定的情况下,钢丝绳每在卷筒上缠绕1圈,钢丝绳本身就会旋转(拧紧或放松)1圈。其自身旋转(拧紧或放松)力的大小,与钢丝绳缠绕时螺旋升角的大小有对应关系。这如同1根弹簧在拉直过程中,原来的弹簧横截面就会产生变形,而且拉力会随螺旋升角增大而增大,同时横截面变形也增大。此横截面形状的变化反映了钢丝绳自身旋转(拧紧或放松)力大小的变化。为了释放钢丝绳缠绕中带来的有害应力,应在钢丝绳一端连接提引器。提引器可灵活旋转,以确保钢丝绳不过度拧紧与散股。

  (3)按原则选用钢丝绳

  为提高钢丝绳性能和使用寿命,避免钢丝绳结构发生永久变形和散股,选择钢丝绳时应遵守以下2条原则:一是右旋绳槽的卷筒宜采用左旋钢丝绳,二是左旋绳槽的卷筒宜采用右旋钢丝绳。


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