近年，全國各地的基礎(chǔ)工程建設(shè)如火如荼，橋梁、公路、建筑及地鐵等基礎(chǔ)建設(shè)呈現(xiàn)前所未有的繁榮景象。在這些基礎(chǔ)建設(shè)過程中，相應(yīng)建造設(shè)備，旋挖鉆機，成為不可或缺的功臣。鋼絲繩是旋挖鉆機設(shè)備使用過程中的重要消耗材料，也是保證旋挖鉆機設(shè)備安全生產(chǎn)的重要組成部分，其市場需求在不斷增長。

2016年1月發(fā)布了YB/T4506-2016《旋挖鉆機用鋼絲繩》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并于2016年7月1日正式實施，為鋼絲繩生產(chǎn)企業(yè)提供了規(guī)范依據(jù)。

1 旋挖鉆機概況

鉆機的主要部件有：底盤（行走機構(gòu)、底架、上車回轉(zhuǎn)）、工作裝置（變幅機構(gòu)、桅桿總成、主卷揚、輔卷揚、動力頭、隨動架、鉆桿、鉆具等）。

在工作過程中，旋挖鉆機用鋼絲繩一端固定于卷揚機的卷筒上，另一端固定于鎧式鉆桿上端的提引器上，中間通過一個定滑輪和一個導(dǎo)向輪。由于沒有安裝動滑輪，所以要求鋼絲繩單繩拉力較大，才能保證提引器在鋼絲橫反扭力的作用下自由旋轉(zhuǎn)，并保證鉆桿起升和下降的安全可靠。

旋挖鉆機鋼絲繩主要功能是提升鉆桿和鉆具。旋挖鉆機施工時需要頻繁提升、下降鉆具，因此要求鋼絲繩具有好的耐磨性，此時壓實鋼絲繩具有一定的優(yōu)越性。鋼絲繩最大拉力為鉆具的自重、旋挖鉆斗的自重、鉆桶內(nèi)渣土的重力之和。

旋挖鉆機的鉆進難點是在嵌巖使用中巖石硬度高達67HRC的條件下，提高旋挖鉆機用鋼絲繩的使用性能和使用壽命。由于旋挖鉆機用鋼絲繩與提引器端部經(jīng)常浸泡在泥漿中，工作環(huán)境惡劣，容易發(fā)生腐蝕，旋挖鉆機特殊的工作條件與環(huán)境對鋼絲繩提出更高的捻制和表面脂涂覆要求。

旋挖鉆機用鋼絲繩的使用性能和壽命取決于鋼絲繩結(jié)構(gòu)的科學(xué)匹配、鋼絲繩捻制質(zhì)量、鋼絲繩配置方式和使用過程中的檢查與維護。

2 旋挖鉆機用鋼絲繩的使用特點及技術(shù)要求

2.1 市場上的應(yīng)用

目前，在市場上應(yīng)用于旋挖鉆機的鋼絲繩結(jié)構(gòu)繁多，普通圓股阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩主要有18×7類、24W×7類、35W×7類；壓實股阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩主要有18×K7類、35W×K7類、15×K7類；捻向有交互捻和同向捻。

最近幾年，35W×K7類和15×K7類兩種結(jié)構(gòu)鋼絲繩應(yīng)用于旋挖機上的數(shù)量相對較多，尤其是這兩種同向捻鋼絲繩在市場上的應(yīng)用多，占比達50%以上。

2.2旋挖鉆機用鋼絲繩的工作特點

旋挖鉆機用鋼絲繩在運行過程中，主要受以下幾個方面的影響。

1）旋挖鉆機用鋼絲繩在運行過程中受到扭轉(zhuǎn)載荷。

2）由于國內(nèi)外旋挖鉆機都沒有安裝動滑輪，所以鋼絲繩單繩拉力較大。

3）旋挖鉆機用鋼絲繩多層纏繞的轉(zhuǎn)臺沒有徹底根除，卷筒的跳繩、亂繩、咬繩等問題一直是制約鋼絲繩使用壽命的關(guān)鍵因素。

4）旋挖鉆機用鋼絲繩工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常在腐蝕性的泥漿中工作，對鋼絲繩涂覆油脂選擇的技術(shù)要求較高，使用時要經(jīng)常檢查鋼絲繩狀態(tài)，并及時補充油脂。

5）旋挖施工過程中，升降鉆桿和鉆具時，作用在鋼絲繩的力是一個交變載荷。

6）國內(nèi)外的旋挖鉆機主、輔卷揚的滑輪直徑普通偏小，因此，其直徑與鋼絲繩直徑比值偏小，會降低鋼絲繩的抗彎曲疲勞性能，影響鋼絲繩的使用性能和使用壽命。

2.3技術(shù)要求

旋挖鉆機用鋼絲繩的技術(shù)要求如下。

1）鋼絲繩應(yīng)具有抗旋轉(zhuǎn)性。

2）鋼絲繩應(yīng)具有較高的抗拉強度，捻制均勻性好，鋼絲繩捻制損失小，且要保證鋼絲繩的整繩破斷拉力。

3）對于多層纏繞的前置卷揚卷筒，推薦使用同向捻鋼絲繩，以避免內(nèi)股產(chǎn)生印痕。

4）鑒于旋挖鉆機用鋼絲繩直徑與主輔卷揚的直徑比值偏小，鋼絲繩結(jié)構(gòu)宜為多層股鋼絲繩。

5）旋挖鉆機施工需要頻繁提升、下落鉆具，要求鋼絲繩耐磨性能好，抗拉強度適宜。

6）壓實類異形股鋼絲繩因股與股間接觸點多，金屬填充系數(shù)大，因此具有抗擠壓、耐疲勞的特點。有些類型鋼絲繩在鋼芯和外股之間有一層塑料層，減少了鋼芯與外股之間的摩擦，提高了鋼絲繩抗疲勞性，并使鋼絲繩結(jié)構(gòu)更緊湊，不僅抗擠壓、抗高溫，而且吸收沖擊載荷的能力大大提高。

7）鋼絲繩的使用壽命主要取決于繩槽尺寸，以及鋼絲繩直徑D和卷筒（或滑輪底部）直徑d比率的正確選擇。旋挖鉆機通常選擇D/d≥20，D/d0=250，其中d0為鋼絲繩最外層鋼絲直徑。

8）旋挖鉆機工作時，要始終保持使用鋼絲繩第一層提升力，且提升力要穩(wěn)定。

3 35W×K7與15×K7+ IWRC兩者性能之比較

35W×K7和15×K7+ IWRC內(nèi)外層捻向相反，均屬阻旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，以規(guī)格為φ28.0mm鋼絲繩為例，在相同表面狀態(tài)和強度級別情況下，兩者相關(guān)參數(shù)見表1。

3.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

從表1可以看出，35W×K7和15×K7+IWRC股數(shù)分別為35股和28股，從層數(shù)看，鋼絲繩層數(shù)分別為3層和2層，后者易于生產(chǎn)。就35W×K7和15×K7+IWRC的內(nèi)層繩19×K7和6+6F+1而言，是兩層和一層，內(nèi)層的捻角不一致，受力就不一致。所以，35W×K7和15×K7+IWRC兩者之間的各組股受力均勻性，前者略遜于后者。

3.2 耐磨性能

由表1可知，15×K7+ IWRC鋼絲繩的外層股外層鋼絲直徑比35W×K7鋼絲繩外層股外層鋼絲直徑粗，因此，對于外部磨損而言，15×K7結(jié)構(gòu)鋼絲繩的耐磨性能優(yōu)于35W×K7鋼絲繩；對于內(nèi)部磨損而言，35W×K7層組股之間均為壓實，接觸應(yīng)力相對較小，所以，內(nèi)部磨損較好，但鋼絲繩在工作過程中最重要的是與外部磨損，內(nèi)部磨損的頻率相對較少。

3.3 抗彎曲疲勞性能

由YB/T4506-2016可知，35W×K7結(jié)構(gòu)鋼絲繩除中心股不需壓實外，其余各股均壓實，而 15×K7+IWRC僅壓實外層股。因此，15×K7+IWRC結(jié)構(gòu)鋼絲繩抗彎曲疲勞性能優(yōu)于35W×K7結(jié)構(gòu)鋼絲繩。

3.4抗沖擊性能

表2、表3示出兩種鋼絲繩配絲。通過計算可知，與15×K7+IWRC結(jié)構(gòu)鋼絲繩相比，35W×K7填充系數(shù)較大，剛度較高，抗沖擊性能較強。

3.5 柔軟性能

根據(jù)捻搓系數(shù)公式：MS= DS/DW，MR=DR/DS，得出柔性系數(shù)（KR）：KR=DR/Dw= MS× MR，其中，DR為繩徑；DW為絲徑；DS為股徑；MS為股捻搓系數(shù)；MR為繩捻搓系數(shù)。

MS和MR值是影響鋼絲繩結(jié)構(gòu)、強度、柔性、致密性的因素之一，若股繩由不同直徑的鋼絲組成，則取直徑大的鋼絲（中心絲除外）計算。MS和MR大，即絲徑小，金屬密度大，支撐表面積大，使鋼絲強度提高，柔性、不松散性能、耐磨性好。

鋼絲繩在彎曲時，鋼絲之間會產(chǎn)生滑動，繩內(nèi)鋼絲越細(xì)，根數(shù)越多，滑動面越大，鋼絲相對滑動容易，鋼絲柔軟性好。

按照工藝，可以計算出35W×K7-28.0mm和15×K7+IWRC-28.0mm的柔性系數(shù)分別為17.28和17.5。因此，35W×K7-28.0mm的柔性比15×K7+IWRC-28.0mm略差。

4 結(jié)語

經(jīng)對比，35W×K7和15×K7+IWRC兩種不同結(jié)構(gòu)鋼絲繩的性能既具有相同點，也有一定的差異，但均可用于旋挖鉆機。無論是35W×K7結(jié)構(gòu)鋼絲繩，還是15×K7+IWRC結(jié)構(gòu)鋼絲繩,兩種鋼絲繩各自優(yōu)點，因此，要根據(jù)旋挖鉆機使用的作業(yè)環(huán)境，合理選擇鋼絲繩。對于泥少、石多的地方，應(yīng)選用抗沖擊和耐磨性能更好的35W×K7結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，對于泥多、石少的地方，可選用柔性和耐疲勞更好的15×K7+IWRC結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，以發(fā)揮鋼絲繩的最大效能。