双折线绳槽在225 t钻机主绞车上的应用

郭坤，翁炜，李超，刘家荣，郭强

(北京探矿工程研究所，北京 100083)

1 225 t顶驱钻机的主要参数

225 t顶驱钻机配套钻塔井架高度为43 m，配备一个大钩，大钩提升能力为225 t，绳系为5×6，可起升3根9.6 m立根。钻机配备的主绞车为直驱绞车，快绳拉力为225 kN，卷筒直径473 mm，钢丝绳直径26 mm，钢丝绳层数6层。

钻探用主绞车卷筒属于大直径多层缠绕，在实际使用过程中，常出现互相绕绳的“乱绳”现象。这会导致钢丝绳的挤压强度大幅增加，造成钢丝绳使用寿命变短。常规的主绞车一般配备主动排绳器或者采用螺旋线滚筒来避免这个问题，但是效果不甚理想，钢丝绳的寿命依然处于较低水平。在研制225 t钻机的过程中，为解决主绞车乱绳问题，采用了双折线绳槽卷筒的形式。

2 双折线绳槽卷筒的结构

所谓双折线绳槽，就是将绳槽的一周分成四段，相对的两段和法兰盘平行，属于直槽，另外两段不平行于法兰盘，为折线槽，且每个折线上下两点错开的距离为0.5个节距。这种结构可以保证滚筒在转动一圈后绳槽正好错开1个节距，使钢丝绳排列整齐。在缠绕到多层时，折线槽上层与下层钢丝绳处于交叉状态，直槽上层钢丝绳落在下层钢丝绳之间的凹陷内，使钢丝绳排列依然整齐。一般而言，折线槽占据整个绳槽的20%，直槽占据整个绳槽的80%，这可以保证上下层钢丝绳的交错距离较短的情况，每层钢丝绳都排列整齐，这种整齐排列是一种线接触，有别与传统光筒或螺旋线筒的点接触，这种线接触保证了每层钢丝绳处于受力均匀状态，不会出现光筒或者螺旋线筒中的下层钢丝被上层钢丝侵入导致的“乱绳”现象，双折线绳槽的结构图如图1所示。

图1 双折线绳槽卷筒

双折线卷筒的两个端部，需要一个高出滚筒基面的凸台。这个结构可以保证每一层钢丝绳缠绕完成后顺利进入下一层，使钢丝绳可以排列整齐。

3 双折线绳槽卷筒的优势

3.1 不乱绳

卷筒在提升和下放的过程中，不会出现乱绳的现象，速度均匀，提升力稳定[1]。

3.2 安全性高

降低了因乱绳磨损导致的“断绳”现象发生，设备安全与人员安全有所保证。

3.3 经济性好

极大地延长了钢丝绳的使用寿命，延长了换绳周期，增加了纯钻进时间，降低了钻探施工成本。

3.4 维护保养方便

由于双折线绳槽不需配备主动排绳器，绞车结构简化，维修保养工作更为简单，工作强度降低。

4 双折线绳槽卷筒的加工制造

由于双折线绳槽滚筒特有的结构，导致其加工制造过程有别与普通的光筒,常规的加工制造方法有2种。

(1)直接加工法：在光筒上直接加工出双折线槽，使整个卷筒成为一体式的双折线绳槽滚筒，这种加工方法成本较高，加工周期较长，适用于加工量较少的情况。

(2)组装法：通过焊接或者螺栓连接的方式，光筒上安装双折线绳槽片，双折线绳槽片一般为两个半片，以铸造或者机加工的方法制造半片，这种加工方法适用于批量制造，单台滚筒成本较低。

5 双折线绳槽的卷筒参数

卷筒绳槽直径26 mm，绳槽数54道，卷筒长度1200 mm。

6 钢丝绳的选型和缠绕

6.1 钢丝绳的选型

225 t钻机的主绞车在钢丝绳选型的过程中，要考虑耐挤压能力和伸长率两个问题。若伸长率过大，会导致底层的钢丝绳之间的间隙过大，上层的钢丝绳在缠绕时侵入底层钢丝绳之间的缝隙中，对底层两侧钢丝绳进行挤压，减少钢丝绳的寿命。选用钢丝绳时，需采用直径为正公差的钢丝绳，一般在2%～4%的范围内,直径超出此范围也可能导致“乱绳”现象的发生。主绞车的钢丝绳采用26 mm规格，其自然状态下的直径为26.6～27.0 mm，在许可的正公差之内。主绞车提升600 kN的负载时，受力状态下钢丝绳的直径为26.1～26.3 mm之间，在合理的范围之内，钢丝绳伸长率较小，可以满足主绞车的使用要求。

6.2 钢丝绳的缠绕

钢丝绳的缠绕主要分为导引段固定、首层缠绕、加载缠绕三个步骤。

(1)导引端的固定需将钢丝绳的导引端穿过法兰盘上的绳入口，穿过入口后，在法兰盘外侧通过钢丝绳压紧装置固定，调节至钢丝绳不易拉出。

(2)首层缠绕尤为重要，因为后续多层钢丝绳的缠绕都要依赖首层钢丝绳形成的“绳槽”。首层缠绕需要施加一定的张力，才能保证首层钢丝紧贴滚筒的绳槽，保证在有负载的情况下首层钢丝不被后续多层钢丝绳侵入挤压。这个张力一般取额定负载的10%或者钢丝绳破断强度的2%，使用2者中较高的数值[2]。张力可以在两种情况下取得:在钻塔未起升时，由于主绞车具备起塔功能，此时大钩通过与起塔大绳固定，在卷筒运转的过程中，施加在钢丝绳的张力越来越大，直到钢丝绳和滚筒绳槽贴近，获得合格的张力;继续加载时，钻塔开始起塔,在钻塔已起立的情况下，可以利用大钩自身重量进行加载，若加载力有限，可以提取额外的重物或者用额外的绞车进行反向牵引大钩获得张力。

(3)首层缠绕完成后，后续的多层缠绕相对容易，可以在持续负载产生的额外张力下进行多层缠绕。

此外，钢丝绳进入卷筒的角度也是直接影响钢丝绳缠绕质量的重要因素，这个角度一般为天车定滑轮至卷筒绳槽的直线与天车定滑轮中心至卷筒中心直线两者之间的夹角。225 t钻机设计的此处夹角为0.75°，此角度可由天车与主绞车的安装位置决定，这在钻机的总设计中已经做了详细设计。

7 结语

225 t钻机正在研制过程中，主绞车已完成了制造，在厂内试验的过程中，没有出现乱绳现象，运行平稳。