?摩擦式卷揚機因鋼繩牽引端、收繩端位置固定不變，主機牽引鋼繩節(jié)圓直徑大小不變，容繩量大，牽引速度恒定，功率無波動，便于設置測重、測距、測速機構(gòu)，所以在需精確計量拉曳距離、精確控制牽引速度和實時顯示牽引力時可實現(xiàn)智能化重物設備安裝牽引、起吊等作業(yè)，故該設備得到越來越廣泛的應用。但其結(jié)構(gòu)復雜、制造精度要求高，特別是主軸受力狀態(tài)遠非一般纏繞式卷揚機可比，設計和制造中的細微差異會導致主軸受力成倍變化、主觀計算的結(jié)論與客觀實際狀態(tài)的不符，造成強度剛度不足、機械不能正常工作，甚至主軸折斷而釀成設備安全事故。

????摩擦式卷揚機工作原理如圖1所示。機械安裝結(jié)束后由人工將鋼繩螺旋狀穿繞在二卷筒上，開機后主機的二卷筒同向旋轉(zhuǎn)，貯繩筒在力矩電機驅(qū)動下同步旋轉(zhuǎn)，為收繩端提供初拉力。在主機卷筒摩擦力作用下，鋼繩被逐步纏緊。因有多道鋼繩同時纏繞在卷筒上，每道鋼繩均有相當拉力，所以卷筒主軸所受徑向力是這些多道鋼繩拉力之總和。而一般常見的纏繞式卷揚機主軸，只受一個額定拉力作用。顯然，盡管是同樣額定拉力的卷揚機，摩擦式卷揚機主軸承受的徑向力比纏繞式卷揚機主軸所受徑向力大許多倍。摩擦式卷揚機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計方法不同又有巨大差異。是否注意到這個差異，是設計成敗的關鍵。某工地曾經(jīng)使用一臺懸臂式80KN的摩擦式卷揚機，在實際載荷遠遠小于額定載荷狀態(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重物時再次出現(xiàn)主軸斷裂事故。為此我們對摩擦式卷揚機主軸受力進行分析計算，得出如下三個結(jié)論:

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????圖1摩擦式卷揚機工作原理

????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，見圖2。歐拉公式表達式為F1=F2efα，式中F1是進繩端拉力，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是自然對數(shù)的底。主機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、初拉力逐級增大，達到卷揚機恒定的額定拉力。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卷揚機為例，當卷筒纏繞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，按此合拉力設計的主軸直徑也最細。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算，并嚴格按設計要求加工制作。因為在上述計算中，前一道鋼繩與后道鋼繩張力逐級相差k倍，卷筒底徑必須逐級減小，使鋼繩逐級有所松馳，這個松馳的量即鋼繩的絕對變形是借助虎克定律公式計算出來的，ΔL=FL/ES，式中F為鋼繩張力，L為鋼繩原長，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)公式計算出所需松馳量后，再按底徑與周長關系逐一計算修正卷筒繩槽底徑。因為設計鋼繩每道拉力不等，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算，主軸受力按歐拉公式狀態(tài)累加才符合客觀實際。