?摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)因鋼繩牽引端、收繩端位置固定不變，主機(jī)牽引鋼繩節(jié)圓直徑大小不變，容繩量大，牽引速度恒定，功率無(wú)波動(dòng)，便于設(shè)置測(cè)重、測(cè)距、測(cè)速機(jī)構(gòu)，所以在需精確計(jì)量拉曳距離、精確控制牽引速度和實(shí)時(shí)顯示牽引力時(shí)可實(shí)現(xiàn)智能化重物設(shè)備安裝牽引、起吊等作業(yè)，故該設(shè)備得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高，特別是主軸受力狀態(tài)遠(yuǎn)非一般纏繞式卷?yè)P(yáng)機(jī)可比，設(shè)計(jì)和制造中的細(xì)微差異會(huì)導(dǎo)致主軸受力成倍變化、主觀計(jì)算的結(jié)論與客觀實(shí)際狀態(tài)的不符，造成強(qiáng)度剛度不足、機(jī)械不能正常工作，甚至主軸折斷而釀成設(shè)備安全事故。

????摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)工作原理如圖1所示。機(jī)械安裝結(jié)束后由人工將鋼繩螺旋狀穿繞在二卷筒上，開機(jī)后主機(jī)的二卷筒同向旋轉(zhuǎn)，貯繩筒在力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)，為收繩端提供初拉力。在主機(jī)卷筒摩擦力作用下，鋼繩被逐步纏緊。因有多道鋼繩同時(shí)纏繞在卷筒上，每道鋼繩均有相當(dāng)拉力，所以卷筒主軸所受徑向力是這些多道鋼繩拉力之總和。而一般常見(jiàn)的纏繞式卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸，只受一個(gè)額定拉力作用。顯然，盡管是同樣額定拉力的卷?yè)P(yáng)機(jī)，摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸承受的徑向力比纏繞式卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸所受徑向力大許多倍。摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒主軸所受的力是纏繞其上多道鋼繩受力之總和，但每道鋼繩的張力隨設(shè)計(jì)方法不同又有巨大差異。是否注意到這個(gè)差異，是設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。某工地曾經(jīng)使用一臺(tái)懸臂式80KN的摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)，在實(shí)際載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定載荷狀態(tài)下主軸便折斷，后經(jīng)采取加粗主軸直徑、更換主軸材質(zhì)、增加主軸端部支撐等一系列措施，在起吊50KN重物時(shí)再次出現(xiàn)主軸斷裂事故。為此我們對(duì)摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸受力進(jìn)行分析計(jì)算，得出如下三個(gè)結(jié)論:

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????圖1摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)工作原理

????1)卷筒上每道鋼繩張力按歐拉公式分布必須遵循一定條件。取卷筒和某一道鋼繩分析，根據(jù)接觸狀態(tài)，符合歐拉公式的特征，見(jiàn)圖2。歐拉公式表達(dá)式為F1=F2efα，式中F1是進(jìn)繩端拉力，F(xiàn)2是出繩端拉力，f是鋼繩與卷筒表面靜摩擦系數(shù)，α是鋼繩在卷筒上的包角(單位弧度)，e是自然對(duì)數(shù)的底。主機(jī)上兩卷筒上多道鋼繩與卷筒纏繞摩擦，不斷增力，最終把收繩端上由貯繩筒上原始的、較小的、初拉力逐級(jí)增大，達(dá)到卷?yè)P(yáng)機(jī)恒定的額定拉力。所以鋼繩從牽引端到收繩端，其張力是逐級(jí)遞減的，遞減幅度按歐拉公式規(guī)律分布。每經(jīng)卷筒半圈，減小efα倍。以80KN卷?yè)P(yáng)機(jī)為例，當(dāng)卷筒纏繞7道鋼繩后，如取繩與筒摩擦系數(shù)f=0.1，包角α＝π，則遞減系數(shù)k=e0.1×3.14=1.36，F(xiàn)合=80/k0+80/k+80/k2+……80/k14=299.14KN。此合拉力為最小，按此合拉力設(shè)計(jì)的主軸直徑也最細(xì)。要保證鋼繩拉力按歐拉公式遞減狀態(tài)分布，卷筒繩槽底徑必須精確計(jì)算，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求加工制作。因?yàn)樵谏鲜鲇?jì)算中，前一道鋼繩與后道鋼繩張力逐級(jí)相差k倍，卷筒底徑必須逐級(jí)減小，使鋼繩逐級(jí)有所松馳，這個(gè)松馳的量即鋼繩的絕對(duì)變形是借助虎克定律公式計(jì)算出來(lái)的，ΔL=FL/ES，式中F為鋼繩張力，L為鋼繩原長(zhǎng)，這里近似為卷筒中心距，E為鋼繩彈性模量，S為鋼繩橫截面積。根據(jù)公式計(jì)算出所需松馳量后，再按底徑與周長(zhǎng)關(guān)系逐一計(jì)算修正卷筒繩槽底徑。因?yàn)樵O(shè)計(jì)鋼繩每道拉力不等，所以松馳量也必然每道不等，盡管其值最終計(jì)算很小，但不可忽略。由此可知，卷筒繩槽只有每道按所需松馳量精確計(jì)算，主軸受力按歐拉公式狀態(tài)累加才符合客觀實(shí)際。