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旋挖钢丝绳问题分析

浏览:87     发表时间:2020-08-12 08:10:28

旋挖钻机因操作过放引起主卷钢丝绳打扭问题的分析与解决

三一小桩 三一桩基础 2019-03-27

旋挖钻机通过释放主卷扬钢丝绳从而使得钻杆逐节伸出,最终使钻斗到达所钻桩孔的底部,但由于桩孔在地下深处,操作者的眼睛不能直观的观察到钻斗是否已经到底,因此在操作时难免会出现钢丝绳过放的现象。由于主卷扬钢丝绳下放过多,会引发钢丝绳产生某些故障,本文主要针对主卷扬过放引发的钢丝绳打扭故障产生原因和机理进行分析,并提供旋挖钻机正确的操作方法及故障处理方案。倘若操作者在施工过程中遇到类似问题,可按本文的内容进行问题排查和制定故障对策。

钢丝绳打扭故障现象

   此类故障在旋挖使用过程中并不鲜见,主要表现为主卷扬钢丝绳在不同位置出现不同程度的扭结,从而影响旋挖钻机正常使用。

▲ 图1 主卷扬钢丝绳打扭现象

钢丝绳打扭故障产生原因分析

1、认识钢丝绳基本结构

   旋挖钻机主卷扬最为常用是一种结构型号为35W×K7的钢丝绳,是一种多股多层捻制而成的高破断、抗挤压、抗旋转钢丝绳。其结构形式如下:

▲图2 35W×K7钢丝绳

2、钢丝绳打扭本质

钢丝绳内外层绳之间实现扭矩的自我平衡,即图3中a和b是受力方向相反,且扭矩相互抵消的状态,倘若在外力的作用下,a大于b,或者b大于a,则这种平衡状态就被打破,钢丝绳便被a或者b的扭矩扭变形或者扭坏。

▲图3 钢丝绳内外层扭力平衡

3、钢丝绳打扭原因

钢丝绳打扭现象是由多种原因引起的,其主要表现为:

(1)、钢丝绳严重过放,提引器失效或旋转不良,导致钢丝绳发生旋转

   ① 钢丝绳过放,提引器发生倾斜,与钻杆或者其他部件发生挤压、干涉现象。

   ② 过度过放导致提引器倾斜,无法正常旋转。

(2)、提引器旋转不灵活

   ① 因制造不良导致提引器旋转阻力大或卡滞不转。

   ② 保养不及时、泥沙侵蚀、外物卡滞等造成提引器旋转阻力大或卡滞不转。


▲图4  提引器及因过放引起挤压等影响其旋转

(3)、安装过程中打扭

钢丝绳在安装过程中出现打扭,扭力未释放,被带入钢丝绳内。如图5所示。

图5 钢丝绳解绳方法

(4)、冲击载荷

因反复的冲击带来突变载荷(载荷小于钢丝绳破断拉力),使钢丝绳内外层本就不相同的捻距变长,破坏钢丝绳自身的扭矩平衡,出现内外层扭矩不相等的现象,最终出现钢丝绳散股、打扭、甚至是断裂。如图3中,当a≠b时,钢丝绳自身扭力失衡,便出现问题。

(5)、滑轮不共面

滑轮不共面导致钢丝绳入绳角变大,钢丝绳通过滑轮时,发生轴向滚动现象,导致钢丝绳松捻或者紧捻。最终出现钢丝绳散股、打扭现象。如图6所示。

图6 钢丝绳入槽发生旋转

故障排查

通过搜集钢丝绳打扭故障,并进行如上分析后,总结此类故障的发生规律和频次,形成如下表1所示的故障排查逻辑表,此表可用于指导该类故障的分析与解决。

表1 打扭故障排查逻辑表

故障产生原理

本章节主要就提引器与钻杆挤压而引起钢丝绳打扭的原因进行分析,旨在找到解决该类问题的思路和方法。

1、故障现象

钢丝绳呈现的故障现象如图1所示,通过表1进行各零部件排除,若最终排查到提引器及二杆挡环存在磕碰、剐蹭现象,则可判定为因提引器与钻杆之间发生挤压,导致提引器旋转阻力大或直接卡滞所致。

图7 绳卡有明显的磕碰及提引器剐蹭及磕碰

图8 钻杆二杆挡环磕碰伤

2、原因分析

故障起因与主因:A:操作过放,提引器发生倾斜;B:未找到加压点。

故障产生依赖条件:

(1) 钢丝绳松弛→→为提引器倾斜创造条件。

(2)未找到加压点→→机锁杆当摩阻杆用。

(3) 特殊深度,二杆全伸出,三杆刚伸出→→提引器正好在挡环能压到的范围内。

(4) 地层进尺较慢→→加压过程中,芯杆和提引器深度基本不变。

3、发生过程

(1)特殊深度,即二杆完全伸出状态。以三一SR360R配4×18机锁杆为例。容易发生该问题的深度约为27-33米。此位置提引器在二杆挡环下方。如图9所示。

(2)钢丝绳过放,处于松弛状态。提引器在钻杆内部处于倾斜状态(如图9所示)。

(3)在加压钻进过程中,二杆未找到三杆加压点,机锁杆当摩阻杆用。

(4)由于较硬或者进尺很慢的地层,键条摩擦力不足以提供能进尺的加压力,则出现二杆位置往下移动,三、四杆位置基本不动,即提引器位置基本未发生变化。

图9 成孔深度、提引器倾斜、二杆挡环与提引器挤压

上述过程持续,至二杆挡环压住倾斜的提引器(如图9示意)。在巨大的钻杆重力及加压力的作用下,提引器出现旋转不良或直接卡死无法旋转,致使钢丝绳无法通过旋转释放钻杆带来的扭矩,最终导致钢丝绳自身内层a和外层b扭矩失衡,形成打扭故障。

综上分析,故障主因是由于操作过程中钢丝绳未张紧所致,但又聚集多种偶发因素在一起,最终表现为钢丝绳打扭。

(1)若无钢丝绳过放,则其一直处于张紧状态,二杆挡环不会挤压提引器。

(2)若正常找到加压台,二、三杆之间不会发生上下相对移动;若找准加压点,二杆挡环也已远离提引器,便压不到提引器。

(3)孔位没有达到或者超出这个深度区域,即使提引器倾斜,二杆挡环也压不住提引器。

(4)若地层较软,易于进尺,即便找不到加压台、提引器即使发生倾斜,键条之间的摩擦力足以使钻斗进尺,芯杆下移,钢丝绳就会张紧,提引器就会竖直起来,也不至于发生被挤压的风险。

4、方案对策

确定是提引器与钻杆挤压发生的故障,明确其发生的机理,对策方案可从以下方面开展:

(1)张紧钢丝绳,切勿过放。

(2)既然钢丝绳松弛是起因,就应该从操作方面来规避。始终保持钢丝绳绷紧状态。如图11示意:


图10 钢丝绳张紧状态示意图

(3)机锁杆不能当作摩阻杆使用

从以上分析可看出,故障发生在二杆全部伸出,三杆刚刚启用的位置,如果此时二杆能找到三杆加压台,那么三杆需要伸出4米左右,即提引器完全远离二杆挡环,不会发生文中所述故障。

因此,在操作过程,切勿将机锁杆当作摩阻杆使用,或者三杆刚伸出时,尽可能向上提动力头去找加压点。

图11 未找到加压台示意图

相关问题

(1)触底保护一直在开启着,为什么还会出现过放,提引器倾斜现象?

答:因为只有在二杆伸出后,提引器才在二杆下方,二杆挡环也才有可能压住倾斜的提引器。孔位再深一些,提引器已经远离二杆挡环,也就不能压住提引器了。

(2)触底保护一直在开启着,为什么还会出现过放,提引器倾斜现象?

答:触底保护的功能无疑是防止钢丝绳过放。但是触底保护功能开启的瞬间,钢丝绳下放是有惯性的,提引器倾斜也就几毫米就能发生(正因为量小,所以会给人一种钢丝绳一直绷紧的假象)。触底保护功能防止钢丝绳出现严重过放,保证不会产生乱绳等重大故障。

(3)既然是二杆挡环把提引器挤压到了,那这个挡环是不是多余的,是不是设计问题?

答:二杆挡环的作用是为了防止带杆砸杆,如果取消二杆挡环设计,会出现新的问题。从许多挡环被三杆撞击的痕迹实例来看,挡环也起到保护的作用。因此,二杆挡环有必要存在。

(4)   既然是操作问题,应如何操作来避免该问题的发生。

答:如上文所述,钢丝绳须张紧,尤其上述中特殊位置。钻杆下放到最底后,有意识的上提一下主卷扬,将钢丝绳绷紧,然后再按浮动进行钻进操作。即使不是重点孔深位置,提引器发生倾斜,对钢丝绳也是百害而无一利。所以,在任何工况下钢丝绳绷紧都是必须的。

机锁杆切勿当作摩阻杆使用。如上文所述,二杆能正确找准三杆加压台,其挡环与提引器不会发生挤压。



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