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旋挖钻机用内层压实钢丝绳研制

作者： admin 编辑： admin 来源：admin 发布日期：2021-08-28 14:25

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1旋挖钻机用钢丝绳使用工况及要求旋挖钻机用钢丝绳一端固定于卷筒上，中间通过一个定滑轮和一个导向轮，另一端连接于钻杆上端提引器，属于单绳提升，连接方式如图1所示。钢丝

1旋挖钻机用钢丝绳使用工况及要求
旋挖钻机用钢丝绳一端固定于卷筒上，中间通过一个定滑轮和一个导向轮，另一端连接于钻杆上端提引器°，属于单绳提升，连接方式如图1所示。钢丝绳主要功能是提升钻杆和钻具，施工作业频繁，地质环境复杂，对于钢丝绳的性能要求很高，配套钢丝绳需具有较高的破断拉力和良好的阻旋转性、抗冲击性和耐磨损性。另外，钢丝绳经常浸泡在泥浆中，对润滑要求严格。而且特殊的作业工况，“咬绳”现象频发，对钢丝绳直径与卷筒或滑轮尺寸匹配要求更高。

2内层压实钢丝绳结构标记和性能特点

2.1内层压实钢丝绳结构标记

NK35（W）×K7归属YB/T4398-20140中定义的内层压实钢丝绳类别，在结构前加上符号NK表示“N”来源于汉字“内”拼音的第一个字母“K”来源于GB/T8706-2006日，标准中同时使用拼音字母与英文字母进行标记，如果没有钢丝绳详细结构式或对应的截面图，从结构简式并不能准确说明内层绳股的结构和内层绳属性。对照GB/T8706-2006中外层八根股、九根股阻旋转钢丝绳的标记方法，钢丝绳结构标记为16×K7：K（6×7+6×7-6×7-1×7）较为规范“16×K7”表示16个外层股数，每个外层股的钢丝数量和股形状代号，中间乘号（x）；”表示反向捻，将外层绳与内层绳分开；“6×7+6×7-6×7-1×7”为内层绳详细结构，前缀符号“K”表示对内层绳进行压实。CASAR企业样本中也有类似的内层压实钢丝绳，钢丝绳截面如图2所示。

2.2内层压实钢丝绳性能特点

圆股内层绳压实替代压实股内层绳得到NK35

（W）×K7钢丝绳，增加钢丝绳金属填充系数进而提高钢丝绳破断拉力；内层绳表面光滑减小了内外层绳股钢丝接触应力，提高了内层绳的耐磨性；减少内层绳捻制应力，使内外层绳力矩更加平衡而提高钢丝绳抗旋转性能；一定程度上简化了生产工序，提高了生产效率。综合分析认为该钢丝绳具有等同35

（W）×K7钢丝绳的性能特点，这种钢丝绳已经得到国内外厂家和用户认可，纳入旋挖钻机用钢丝绳的标准配置0。但对内层绳压实有益的同时也有相应的负面影响，如压实导致股间隙减小甚至消失对钢丝绳的影响，钢丝品质对内层绳压实的影响等，要求设计制造时应精细控制，充分保证钢丝绳的实际性能与旋挖钻机工况相匹配。

3钢丝绳研制

3.1钢丝绳技术条件

依据国内用户关于旋挖钻机主提升用钢丝绳要求，钢丝绳公称直径32.00mm，结构NK35（W）×K7，强度级别1960MPa，光面，捻法右同向，最小破断拉力823kN，其他指标执行YB/T4398-2014标准要求。

3.2钢丝绳工艺设计3.2.1钢丝绳直径

3.2.1.1外层绳直径

市场上的旋挖钻机配套卷筒或滑轮尺寸普遍偏小，加之特殊的作业工况，钢丝绳直径上限偏差超过3%时“咬绳”现象频繁发生。故确定钢丝绳直径偏差+1%~+3%，目标偏差+2%，即控制钢丝绳直径32.32~32.96mm，目标直径32.64mm。考虑合绳模座压力对钢丝绳压缩影响，多层股压实结构钢丝绳压缩系数取0.995，外层绳累加直径32.80mm。

3.2.1.2内层绳直径（压实减径）内层绳压实减径（压实前后内层绳直径比值）与钢丝综合力学性能高低、股间隙大小、股结构稳定性及相邻层外层钢丝啃伤轻重等因素有关。鉴于压实对于钢丝绳性能的负面影响，选取合适的内层绳压实减径是内层压实钢丝绳研制成功的关键，也是保证成品钢丝绳具有良好使用性能的基础。通过试验确定内层绳合适的压实减径，按既定绳股间隙设计及钢丝绳所需最小截面积要求，分别设计1.05、1.06、1.07、1.08四个压实减径的圆股内层绳，在压实后内层绳表面质量合格、捻制紧密的情况下，合适的压实减径按照以下两项考核条件选择：

一是内层绳拆股钢丝性能满足YB/T4398-2014要求，不允许出现性能不合格钢丝，且拆股钢丝平均强度及扭转性能损失相对最低；二是按GB/T12347一2008日要求对成品钢丝绳进行弯曲疲劳试验，成品外层绳的弯曲疲劳次数相对最高，并进行钢丝绳疲劳试验前后破断拉力对比试验。

钢丝绳弯曲疲劳试验在自制疲劳试验机上进行，试验参数：钢丝绳规格32.00mm；钢丝绳结构NK35（W）×K7；试验滑轮为普通钢制滑轮，滑轮直径1200mm（约37倍绳样直径）、滑轮数量5×2，试验张力166.6kN（安全系数5倍），包角70°，有效行程长度14m，弯曲疲劳频率30次/min，钢丝绳弯曲疲劳试验绕绳示意图如图3所示。试验终止条件：试样外层股外层钢丝出现第1根断丝时计数停止，统计弯曲疲劳次数，钢丝绳弯曲疲劳试验断丝如图4所示，钢丝绳弯曲疲劳试验结果见表1。

从表1试验结果看，在相同的钢丝绳疲劳试验运行参数和测量误差下，随着圆股内层绳压实减径的增大，次外大小股外层拆股钢丝综合力学性能（强度、扭转）平均损失递增；成品外层绳弯曲疲劳次数递减，其中内层绳1个捻距断丝数量递增，成品外层绳破断拉力损失递增；压实对钢丝绳性能的负面影响递增。基于尽可能降低压实对钢丝绳性能的负面影响，有效降低多层股钢丝绳内层绳早期疲劳断丝缺陷发生的频率，以及延长钢丝绳使用寿命的因素综合考虑，圆股内层绳压实减径选取1.05~

1.06最合适。

根据外层绳累加直径、外层压实股径，可得压实后内层绳径32.80-4.94×2=22.92mm，圆股内层绳压实减径取疲劳试验结果中间值1.055，压实前内层绳径22.92×1.055=24.18mm。按技术经验，圆股内层绳直径压缩系数取0.981，可得压实前圆股内层绳累加绳径24.18÷0.981=24.65mm。

3.2.2层绳捻向

同向捻钢丝绳在柔软性、耐磨性、耐疲劳性等方面相对交互捻时在捻法上更具优势，通常旋挖钻机用阻旋转多层股钢丝绳首先推荐同向捻。

遵循多层股阻旋转钢丝绳捻向配置原则，右同向捻钢丝绳，外层股右捻，内层绳选择左交互捻，次外同层大小股为右捻，内层股和中心股组成的第二层绳按独立钢芯捻法配置为同向捻，即内层股和中心股均为左捻。此时相邻层股外层钢丝有相对较大的接触面积，即接触应力相对最小，有利于提高绳股受力均匀性。其次，钢丝绳力矩相对最小，即钢丝绳阻旋转性相对最优。

3.2.3绳股捻距及股径

按经验给出16股钢丝绳捻距倍数约为7，查文献b]资料可计算外层股径，考虑合理的外层股间隙做适当调整取4.94mm，外层绳捻角21.23°，外层股压实减径（压实前后股径比值）取1.08，可计算压实前外层股径为5.34mm。

遵循多层股钢丝绳股长相等受力均匀的原则，即内外层绳捻角相等，可计算内层绳捻距，并做适当调整，确定内层绳捻距倍数约为6.7，即内层绳捻距153.6mm。

钢丝绳股结构相同均为1-6，基于定尺计算简单和生产组织相对容易的考虑，除中心股外，其余股捻距倍数一致。基于相邻层钢丝接触角度和钢丝绳力矩相对最小考虑，中心股取最小常用捻距倍数约为6.5，其余股捻距倍数约为9.0。

查文献b]可计算内层绳股径，考虑合理的层股间隙、压实加工塑性变形影响和生产工装实际情况做适当调整，次外层大股、次外层小股、内层股、中心股直径依次为5.40，3.98，5.44，5.82mm。

3.2.4钢丝直径及性能

股中钢丝直轻按文献b]计算得出，并考虚合

理的压实股所处层钢丝间隙更有利于压实塑性变彩影响，对钢丝直径进行适当调整，钢丝直径见表2.

钢丝强度级别与钢丝缆强度级别一致为1960MPa，性能指标执行YB/T5343-2009重要用途钢丝绳钢丝性能要求口。

表2不同层锅丝直径

Table 2Dlaneler of dfcrant layer sioel atre钢丝直径/nm解丝一

卖别中心段内层般次外屋次外居并层段

大酸小般

中心丝2.08 1.901.901.40.1.90外层址1.871.771.751.291.723.3钢丝绳生产及性能

3.3.l股生产

组段均在6架拨股机生产，在股合拢口即钢丝成

丝前采用淋油潮滑工艺，以提高股问钢丝的润滑效果，增强钢丝绳抗疲劳性能。检股过程中正确有效使用后矫直器，各股外观质量和应力消除情况较好。

3.3.2内层绳生产

因股内层绳在筐篮式串联机上采用专用立式预

变形骼生产完成，圈股内层绪股变形率按微松散原则控制·从钢丝频控制应力消除和工艺简单控制客易等因素考虑，本次器股内层绳压实工艺选取离线像打压实法，缴打频率视实际情况实时调整，钢丝绳级打设备如固5所示。钢丝绳端部进行熔头加工.外观呈现均匀自然锥状，更易于锻机穿绳作业。级打压实后内层绳实测平均直径22.90mm，实测捻距154.0mm。图5制丝场篮打没备

Fig5 Farging oqulemont of wire rope

3.3.3外层绳生产

在皱篮式串联合绳设备上，使用专用l6分度卧式预变形器热制外层绳·外层股变形率按微松散原

则控制，合绳时各股张力尽可能一致并及时调整，生

产中重视使用液压模座和加长模具，可提高钢丝绳的捡制均匀性、紧密性和平直度。成品钢丝须实测

平均直径32.66mm，实测捻距224.5um，成品钢丝绳捻制应力消除较好。

3.3.4钢丝绳性能

按GB/T 8358-2014要求采用合金流铸法在

2001卧式拉力试验机上进行破断拉力试验，实测破

断拉力891kN，断l0段（l0个外层股），断口距离夹头约800mm，高出设计最小破断拉力823kN约8.3%，约70%的钢丝呈明显缩颈断口。XLD-

20KAM电子数显拉力机测量钢丝拉力，WJ-6.弯

折试验机测量钢丝扭转和弯曲性能，拆般钢丝力学性能见表3.同直径钢丝的抗拉强度大于该直径钢

丝实测抗拉强度的92%，扭转和弯曲指标满足标准

要求·制绳前后钢丝拉力统计表明，钢丝绳实测破

断拉力与拆股钢丝破新拉力总和比为0.826.从破

断拉力试验和桥股钢丝力学性能结果来看，钢丝蝇设计较合理，控制质量相对较好。经用户现场装配

试用，钢丝绳旋转角度很小，无扭结情况发生，钢丝

绳阻旋转性能良好。表3拆级钢丝力等性能

Tatbte 3Mechanical propertias cf sioof wire for strand规格/抗拉强度！五转/次前曲/次

amMP：实测标难实测标准

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试制钢丝烯交付国内旋挖钻机周户现场试用，效

果良好，作业量达到用户预期要求，相比35（W）x k7钢丝绳在旋挖钻机上使用，具有较高的性价比

4结语

钢丝绳性能检测和用户使用结果表明，通过合

理的结构参数设计和严格过程生产控制，32.00mm NK35（MW）×K71960日Z.钢丝绳研制获得了预期效果。鉴于压实对于钢丝绕性能的负面影响，引入内层绳压实后拆股钢丝性能试验和成品外层绳弯曲

疲劳试验考核内容，并重视用户使用效果，慎重造取

合运的圈股内层绳压实减径。