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1、安全技術(shù) 摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸斷裂事故分析 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、精確掌握牽引速度和實(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)簡(jiǎn)單、制造精度要求高，特殊是主軸受力狀態(tài)遠(yuǎn)非一般纏繞式卷?yè)P(yáng)機(jī)可比，設(shè)計(jì)和制造中的微小差異會(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)備平安事故。 摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)工作原理如圖1所示。機(jī)械安裝

2、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)，為收繩端供應(yīng)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。而一般常見的纏繞式卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸，只受一個(gè)額定拉力作用。明顯，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)主軸所受徑向力大很多倍。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。是否留意到這個(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)，

3、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)實(shí)行加粗主軸直徑、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)再次消失主軸斷裂事故。 1)卷筒上每道鋼繩張力按歐拉公式分布必需遵循肯定條件。取卷筒和某一道鋼繩分析，依據(jù)接觸狀態(tài)，符合歐拉公式的特征，見圖2。歐拉公式表達(dá)式為F1=F2ef，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)，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

4、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ef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=，則遞減系數(shù)k=e0.13.14=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，卷筒繩槽底徑必需精確計(jì)算，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求加工制作。由于在上述計(jì)算中，前一道鋼繩與后道鋼繩張力逐級(jí)相差k倍，卷筒底徑必需逐級(jí)減小，使鋼繩逐級(jí)有所松馳，這個(gè)松馳的量即鋼繩的肯定變形是借助虎克定律公式計(jì)算出來(lái)的，L=FL/ES，式中F為鋼繩張力，L為鋼繩原

5、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。依據(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。由于設(shè)計(jì)鋼繩每道拉力不等，所以松馳量也必定每道不等，盡管其值最終計(jì)算很小，但不行忽視。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。 2)設(shè)計(jì)相等繩槽底徑，必需轉(zhuǎn)變主軸受力計(jì)算力學(xué)模型。如上所述，將卷筒繩槽底徑設(shè)計(jì)成每道不相同，不少企業(yè)做不到。一是計(jì)算較繁，更主要的是不少企業(yè)認(rèn)為卷筒繩槽底徑縮小補(bǔ)償鋼繩張力的量是很小的，可以忽視不計(jì)。因此往往把卷筒繩槽底徑設(shè)計(jì)加工成同一尺寸，相互之間沒有變化。這樣在卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引重

6、物過程中，由于鋼繩沒有得到松馳量的補(bǔ)償，相鄰兩道鋼繩長(zhǎng)度始終全都，鋼繩張力到處相等，在牽引全過程中鋼繩始終處于同一張力狀態(tài)，鋼繩與卷筒之間沒有摩擦力而是嚙合關(guān)系。這時(shí)卷筒主軸受力就不能再按歐拉公式分布累加，而是應(yīng)將單根鋼繩牽引力乘以總?cè)?shù)的兩倍。仍以80KN卷?yè)P(yáng)機(jī)為例，同樣纏繞7道，卷筒主軸所受實(shí)際徑向負(fù)荷是F合=8072=1120KN。很明顯，此時(shí)卷筒主軸實(shí)際受力是按歐拉公式計(jì)算值的四倍多。假如在設(shè)計(jì)計(jì)算中把受等張力分布的主軸根據(jù)歐拉公式受力分布的主軸來(lái)計(jì)算強(qiáng)度和剛度、確定主軸直徑，主軸必定處于超極限狀態(tài)工作，這就是某工地摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸多次折斷的真正緣由。 3)制造中收繩端卷筒鋼繩

7、繩槽底徑必需小于牽引端的，此結(jié)論是特別明顯的。從設(shè)計(jì)和工藝角度動(dòng)身，將卷筒鋼繩繩槽底徑制成統(tǒng)一尺寸是可行的，但主軸直徑須相應(yīng)加粗。然而由于制造精度不高、檢驗(yàn)不嚴(yán)格，偏差過大，把卷筒繩槽底徑加工成牽引進(jìn)繩端小、貯繩放繩端大或卷筒繩槽底徑與主軸回轉(zhuǎn)中心不同軸，當(dāng)卷筒偏心相差180且在同一平面內(nèi)時(shí)，則卷筒主軸受力之大將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算值。例如，設(shè)想貯繩端卷筒鋼繩繩槽底徑被加工比前一道大D，鋼繩流進(jìn)該段時(shí)其必需伸長(zhǎng)L=D/2。由虎克定律可知，鋼繩要伸長(zhǎng)L須在鋼繩上附加F的力。F=DES/2L，當(dāng)鋼繩彈性模量E較大、鋼繩直徑較粗截面積S較大時(shí)，該附加力是相當(dāng)大的。我們常見的多級(jí)拉絲機(jī)正是利用這一原理，把原較粗的鋼絲通過逐級(jí)加大拉絲盤直徑的方法，把鋼絲拉拔成較細(xì)鋼絲，而拉絲盤主軸則承受巨大徑向力。經(jīng)實(shí)地考察，一些工地的摩擦式卷?yè)P(yáng)機(jī)在牽引時(shí)鋼繩收繩端不斷發(fā)出炸響，其緣由就是鋼繩被附加拉伸力強(qiáng)力拉伸，卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸就有彎曲交變應(yīng)力超過疲憊強(qiáng)度極限而被折斷的可能。 第 3 頁(yè) 共 3 頁(yè)