旋挖鉆機主卷揚卷筒的排繩布局

旋挖鉆機是一種取土成孔灌注樁施工機械。在主卷揚浮動工作狀態時，依靠動力頭驅動鉆桿并帶動鉆斗回轉切屑土壤，然后操縱主卷揚將鉆桿、鉆斗提升至孔外卸土，如此周期性循環作業。巾此可見，旋挖鉆機主卷揚是一個特別重要的部件。本文主要探討主卷揚卷筒排繩布局問題。

1.主卷揚卷筒分類及特點

（1）繩槽類型

目前旋挖鉆機所用主卷揚卷筒，根據繩槽類型可分為螺旋卷筒和折線卷筒。

螺旋卷筒繩槽呈螺旋狀，如圖1a所示。其繩槽結構特點如下：繩槽直徑D1是鋼絲繩直徑D2的1.05倍，繩槽深度H1約為鋼絲繩直徑D2的1/3，繩槽節距P1為鋼絲繩直徑D2的1.12倍。

折線卷簡繩槽形式分為單折線卷簡和雙折線卷筒2種。折線卷筒繩槽除了滿足螺旋卷筒繩槽特征外，還具有以下特征：斜線繩槽與直線繩槽交替布置，一般斜線繩槽占繩槽周長的20%左右。而雙折線卷筒的1個繩槽周長中，各有2段交替布置的斜線繩槽和直線繩槽，如圖1b所示。目前在多層鋼絲繩纏繞的卷筒中，普遍選用雙折線卷筒。

（2）繩槽旋向

根據繩槽旋向，卷筒可分為左旋卷簡和右旋卷筒，可采用左手法則與右手法則判定。伸出左手，四指握住卷筒，大拇指所指方向為卷筒第一層排繩方向，符合此規律則為左旋卷筒（見圖1a）。右旋卷筒與左旋卷筒排繩方向相反。

（3）鋼絲繩層數

根據鋼絲繩纏繞層數，卷筒可分為單層卷筒和多層卷筒，如圖2所示。

單層螺旋卷筒有以下4個特點：一是在鋼絲繩纏繞過程中，可始終保持足夠拉力，以便將鋼絲繩緊貼在繩槽表面，有效防止鋼絲繩跳槽；二是在壓繩器作用下，鋼絲繩能隨繩槽導向整齊有序纏繞，避免了咬繩、壓繩現象，從而延長鋼絲繩使用壽命；三是滑輪中心面與繞出鋼絲繩夾角不宜超過3.5°，以便更好的為鋼絲繩導向，避免繩槽表面與鋼絲繩產生摩擦；四是卷簡直徑較大且長度較長，以增加鋼絲繩纏繞圈數，滿足鉆孔深度要求。

多層雙折線卷筒有以下4個特點：一是鋼絲繩需始終保持足夠拉力（一般小小于鋼絲繩工作載荷的10%），在壓繩器作用下可保證纏繞過程中鋼絲繩排列始終整齊有序；二是將上、下兩層鋼絲繩交叉的長度減少到20%左右，以保證其余80%長度鋼絲繩順利纏繞在下層鋼絲繩形成的直線繩槽內，有效降低了咬繩、磨繩與亂繩現象；三是滑輪中心面與繞出鋼絲繩夾角出繩角度保持在0.5°～1.5°，以保持鋼絲繩有序、緊湊地排列，避免鋼絲繩在折線與直線相交處產生點接觸、磨損、咬繩及跳繩；四是折線卷簡直徑較小、長度較短，鋼絲繩可多層繩布局（保證鉆孔深度所需鋼絲繩長度），便于安裝在尺寸受限的支架平臺。

2.主卷揚卷筒安裝位置

旋挖鉆機主卷揚安裝位置主要有以下2種情況：一是置于桅桿底部，二是置于旋轉臺后部。

采用雙折線卷筒的主卷揚，卷筒置于桅桿底部，如圖3所示。主卷揚前置時，鋼絲繩出繩容易與桅桿液壓缸等部件產生干涉，因此主卷揚一般設計得比較小。為滿足鉆孔深度要求，主卷揚鋼絲繩布局一般需3層或以上。

采用單層螺旋卷筒的主卷揚，卷筒置于旋轉平臺后部，如圖4所示。為從根本上消除多層鋼絲繩纏繞所帶來鋼絲繩之間的咬繩、壓繩、磨繩等危害，許多旋挖機生產廠家采用螺旋型大卷筒單層鋼絲繩主卷揚。但是由于受空間制約，需將其置于旋挖鉆機旋轉平臺后部。為滿足單層繩布局的蜚求，一些廠家采用雙卷揚減速機和增大卷簡直徑的方式。這不僅增加了制造成本，2臺減速機還會因解鎖控制滯后等難以同步運行，導致減速機故障率提高。

3.主卷揚卷筒存在的問題

（1）多層螺旋卷筒

多層螺旋卷筒在纏繞鋼絲繩時，由于上、下鋼絲繩的纏繞旋向相反，上層每一圈鋼絲繩都不能很好的落入下層鋼絲繩形成的螺旋繩槽內，所以鋼絲繩很容易出槽。尤其多層繩的纏繞不可避免的存在壓繩、磨繩、亂繩現象，嚴重影響鋼絲繩使用壽命。多層鋼絲繩纏繞卷筒與繞出鋼絲繩夾角不宜超過2°，否則磨繩、咬繩、亂繩現象更加明顯。因此旋挖鉆機卷揚采用多層繩布局時，不宜采用螺旋卷筒，一般采用雙折線卷筒。

（2）雙折線卷筒

雖然旋挖鉆機一般采用雙折線卷筒，但是雙折線卷筒仍存在以下4個問題：

一是底層至第2層的爬繩導向塊位置范圍很難達到所需要求。在底層鋼絲繩繞完后繼續繞第2層時，容易引起后面排列的鋼絲繩之間咬繩和磨繩，特別在斜繩槽與直繩槽轉換的區域，鋼絲繩磨損更加嚴重。

二是雙折線繩槽圓弧形狀、深淺、槽徑很難達到設計要求。一些生產廠家南于沒有折線卷筒檢測設備，使得費用高且不合格的折線卷筒仍在使用。這樣的雙折線卷簡對鋼絲繩將產生破壞作用。

三是高精度磨具費用較高。采用低精度磨具鑄造出的繩槽及槽肩毛刺較多，容易割壞鋼絲繩，鑄造廢品率高、合格率低、質量難以保證。

四是雙折線卷筒對鋼絲繩的出繩偏角要求嚴格。這個偏角與鋼絲繩負荷、結構與速度有一定關系。此外，雙折線卷筒排繩布局的整齊有序與否，還與操作環境和操作者有關。

4.改進措施

綜合實踐經驗和以上分析，為解決鉆深孔時螺旋卷筒需要排繩布局到第2層（第2層最大排繩3圈以內）帶來的咬繩、壓繩問題，同時考慮降低制造成本和提高產品可靠性，本人研發了一種新型變徑變旋向卷筒，如圖5所示。

新型變徑變旋向卷筒具有以下4個特點：

一是卷筒左端設有4圈繩槽寬度和節圓直徑稍小的鋼絲繩固定安全圈。這4圈繩槽屬于右旋雙折線繩槽，其余繩槽為工作段屬于左旋螺旋繩槽，左旋螺旋繩槽為標準直徑。旋挖鉆機施工時，鋼絲繩工作段始終為單層排繩，其纏繞在螺旋繩槽及由內層雙折線繩槽鋼絲繩外表面所形成的繩槽中。

二是左端底層鋼絲繩上表面組成的繩槽，與工作段卷筒上標準直徑繩槽可平滑過渡。在卷筒左端180°螺旋升角導向塊作用下，第2層鋼絲繩與底層鋼絲繩繞繩、排繩方向相反，因此第2層鋼絲繩螺旋升角為左旋方向，適合左手法則。為防止纏繞過程中由螺旋升角引起鋼絲繩散股，該卷筒采用右旋結構的鋼絲繩。

三是在旋挖鉆機鉆孔最深時，鋼絲繩排繩、出繩在雙折線繩槽處。在起升鉆桿時，鉆桿前幾節重力（約占鉆桿自身重力的85%）由動力頭支撐。此時雙折線繩槽鋼絲繩所受拉力最小，且繩槽中80%長度的直線段繩槽可有效減輕鋼絲繩咬繩、磨繩現象。

四是不存在鋼絲繩換層情況。鋼絲繩安裝完之后，鉆孔工作時底層4圈安全圈鋼絲繩始終不動，因此不存在鋼絲繩換層情況，不會在上升到第2層時，因卷簡導繩塊位置不合適造成鋼絲繩損壞。

新型變徑變旋向卷筒主卷揚安裝在旋挖鉆機上之后，已經投入實際鉆孔施工。使用結果表明，該卷筒排繩布局整齊有序，不僅避免了鋼絲繩咬繩和壓繩，保護了經常使用的受拉段鋼絲繩，提升了鋼絲繩使用壽命，減少了鋼絲繩更換頻率，提高了施工效率，還消除了因鋼絲繩斷裂帶來的砸桿、側翻等重大安全隱患。

5，使用注意事項

主卷揚卷筒在使用中需注意以下3點：

（1）保持安全圈數

鋼絲繩在螺旋卷筒和折線卷筒上纏繞，卷筒上均需保留3圈以上安全圈數。在使用過程中，若安全圈數少于3圈，鋼絲繩與卷筒之間的摩擦力會減小，有可能將鋼絲繩末端拔出，造成安全事故。

（2）勿忘連接提引器

鋼絲繩纏繞在卷筒上時，適用彈簧拉長理論。即在鋼絲繩兩端固定的情況下，鋼絲繩每在卷筒上纏繞1圈，鋼絲繩本身就會旋轉（擰緊或放松）1圈。其自身旋轉（擰緊或放松）力的大小，與鋼絲繩纏繞時螺旋升角的大小有對應關系。這如同1根彈簧在拉直過程中，原來的彈簧橫截面就會產生變形，而且拉力會隨螺旋升角增大而增大，同時橫截面變形也增大。此橫截面形狀的變化反映了鋼絲繩自身旋轉（擰緊或放松）力大小的變化。為了釋放鋼絲繩纏繞中帶來的有害應力，應在鋼絲繩一端連接提引器。提引器可靈活旋轉，以確保鋼絲繩不過度擰緊與散股。

（3）按原則選用鋼絲繩

為提高鋼絲繩性能和使用壽命，避免鋼絲繩結構發生永久變形和散股，選擇鋼絲繩時應遵守以下2條原則：一是右旋繩槽的卷筒宜采用左旋鋼絲繩，二是左旋繩槽的卷筒宜采用右旋鋼絲繩。

（作者地址：湖南省邵陽市寶慶西路162號恒天九五重工有限公司旋挖事業部422000）