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

2016年1月發布了YB/T4506-2016《旋挖鉆機用鋼絲繩》行業標準，并于2016年7月1日正式實施，為鋼絲繩生產企業提供了規范依據。

1 旋挖鉆機概況

鉆機的主要部件有：底盤（行走機構、底架、上車回轉）、工作裝置（變幅機構、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，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常浸泡在泥漿中，工作環境惡劣，容易發生腐蝕，旋挖鉆機特殊的工作條件與環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構的科學匹配、鋼絲繩捻制質量、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要求

2.1 市場上的應用

目前，在市場上應用于旋挖鉆機的鋼絲繩結構繁多，普通圓股阻旋轉鋼絲繩主要有18×7類、24W×7類、35W×7類；壓實股阻旋轉鋼絲繩主要有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類兩種結構鋼絲繩應用于旋挖機上的數量相對較多，尤其是這兩種同向捻鋼絲繩在市場上的應用多，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載荷。

2）由于國內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鍵因素。

4）旋挖鉆機用鋼絲繩工作環境惡劣，經常在腐蝕性的泥漿中工作，對鋼絲繩涂覆油脂選擇的技術要求較高，使用時要經常檢查鋼絲繩狀態，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技術要求

旋挖鉆機用鋼絲繩的技術要求如下。

1）鋼絲繩應具有抗旋轉性。

2）鋼絲繩應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，以避免內股產生印痕。

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，鋼絲繩結構宜為多層股鋼絲繩。

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，并使鋼絲繩結構更緊湊，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，且提升力要穩定。

3 35W×K7與15×K7+ IWRC兩者性能之比較

35W×K7和15×K7+ IWRC內外層捻向相反，均屬阻旋轉鋼絲繩，以規格為φ28.0mm鋼絲繩為例，在相同表面狀態和強度級別情況下，兩者相關參數見表1。

3.1 結構穩定性

從表1可以看出，35W×K7和15×K7+IWRC股數分別為35股和28股，從層數看，鋼絲繩層數分別為3層和2層，后者易于生產。就35W×K7和15×K7+IWRC的內層繩19×K7和6+6F+1而言，是兩層和一層，內層的捻角不一致，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結構鋼絲繩的耐磨性能優于35W×K7鋼絲繩；對于內部磨損而言，35W×K7層組股之間均為壓實，接觸應力相對較小，所以，內部磨損較好，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結構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結構鋼絲繩抗彎曲疲勞性能優于35W×K7結構鋼絲繩。

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結構鋼絲繩相比，35W×K7填充系數較大，剛度較高，抗沖擊性能較強。

3.5 柔軟性能

根據捻搓系數公式：MS= DS/DW，MR=DR/DS，得出柔性系數（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；MR為繩捻搓系數。

MS和MR值是影響鋼絲繩結構、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，鋼絲之間會產生滑動，繩內鋼絲越細，根數越多，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 結語

經對比，35W×K7和15×K7+IWRC兩種不同結構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結構鋼絲繩，還是15×K7+IWRC結構鋼絲繩,兩種鋼絲繩各自優點，因此，要根據旋挖鉆機使用的作業環境，合理選擇鋼絲繩。對于泥少、石多的地方，應選用抗沖擊和耐磨性能更好的35W×K7結構的鋼絲繩，對于泥多、石少的地方，可選用柔性和耐疲勞更好的15×K7+IWRC結構的鋼絲繩，以發揮鋼絲繩的最大效能。