架空乘人裝置制動性能檢測方法的研究

周 建，龔 文

（長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012）

架空乘人裝置是一種礦山井下進(jìn)行人員及物料運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，其設(shè)備的安全性能至關(guān)重要，而該設(shè)備的制動性能是重中之重，架空乘人裝置制動性能的安全可靠與否直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行和工作人員的生命安全。

礦山井下使用的架空乘人裝置執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是AQ 1038—2007《架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》，在標(biāo)準(zhǔn)的第6.4.2～6.4.4條對其制動力和制動減速度均做出了明確規(guī)定。對制動力的要求為：“制動器的最大制動力應(yīng)為額定牽引力的1.5倍～2倍”；對平均減速度的要求為：“重車下行、空車上行時(shí)工作制動器的平均減速度不應(yīng)小于0.3m/s2，重車上行、空車下行時(shí)工作制動器的平均減速度不應(yīng)大于1.5m/s2”[1]。架空乘人裝置影響制動性能的關(guān)鍵因素為制動力和制動減速度，其制動力不應(yīng)過大或過小。如果制動力太小不能實(shí)現(xiàn)安全的制動，如果制動力太大，在制動的過程中減速度過大沖擊強(qiáng)烈，容易造成人員的傷害。

在設(shè)備首次安裝或工作檢修調(diào)試時(shí)，如何有效的調(diào)試制動器的制動力以保證制動性能安全可靠，關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確地檢測制動器制動力和平均減速度。所以有效準(zhǔn)確的制動力和平均減速度檢驗(yàn)方法對架空乘人裝置制動系統(tǒng)的安全性能非常重要，本文分析了不同架空乘人裝置結(jié)構(gòu)，總結(jié)出有效的制動力和平均減速度檢驗(yàn)方法以及計(jì)算方法。

1 制動性能的檢測方法

1.1 制動系統(tǒng)簡介

架空乘人裝置按制動方式分類分為：電液制動器制動、液壓站制動和氣動制動。目前礦山普遍使用的制動方式為電液制動器制動和液壓站制動這兩種方式。架空乘人裝置制動系統(tǒng)包括工作制動器和安全輪邊制動器。工作制動器安裝在電機(jī)輸出軸和減速器之間的聯(lián)軸器上，一般采用電力液壓制動器，制動部位在高速端，工作制動器制動力小。安全輪邊制動器安裝在驅(qū)動輪的制動盤上，一般采用電力液壓制動器或液壓鉗盤式制動器制，制動部位在低速端，安全輪邊制動器制動力較大，由于安全輪邊制動器直接作用于驅(qū)動輪，這種制動方式安全可靠，徹底排除了架空乘人裝置因減速器、聯(lián)軸器和工作制動器等前一級部件的故障以及突發(fā)狀況所引發(fā)的安全隱患而不能實(shí)施有效制動的危險(xiǎn)。架空乘人裝置驅(qū)動部位簡圖見圖1。

圖1 架空乘人裝置驅(qū)動部位簡圖

1.2 制動力的檢測方法

AQ 1038—2007的第7.4.1條提出了制動力的檢測方法“制動力測定應(yīng)取測試鋼絲繩一根，一端與牽引鋼絲繩牢固連接，另一端與測力裝置的一端連接。測力裝置的另一端與手動葫蘆連接。用手動葫蘆將測試鋼絲繩拉緊，至制動器打滑時(shí)，讀取測力裝置上的讀數(shù)。”[1]，標(biāo)準(zhǔn)只是提出了常規(guī)檢測方法，沒有明確測力傳感器的安裝位置。目前架空乘人裝置常用的減速器一般采用蝸桿減速器和直齒輪減速器。蝸桿減速器的特點(diǎn)是有自鎖功能，即力只能正向傳遞不能反向傳遞，而直齒輪減速器沒有這個(gè)功能。本文分別針對直齒輪減速器和蝸桿減速器這兩種減速器的特性，提出測力裝置后級安裝和測力裝置前級安裝兩種方法來檢測制動力。

1.2.1 儀器后級安裝

架空乘人裝置傳動簡圖見圖2，將一根鋼絲繩在圖2中C位置用繩卡與牽引鋼絲繩固定，鋼絲繩的另一頭連接手動葫蘆和測力計(jì)。

工作制動器制動力檢測方法：將架空乘人裝置停機(jī)，工作制動器抱閘，安全輪邊制動器松閘，手動葫蘆施力，力通過鋼絲繩作用于驅(qū)動輪，再傳遞到聯(lián)軸器上的制動輪，知道驅(qū)動輪與鋼絲繩打滑。記錄打滑時(shí)測力計(jì)的讀數(shù)F1。安全輪邊制動器制動力檢測方法：將架空乘人裝置停機(jī)，工作制動器松閘，安全輪邊制動器抱閘，后面的操作步驟與工作制動器制動力檢測方法相同。記錄打滑時(shí)測力計(jì)的讀數(shù)F2。

圖2 架空乘人裝置傳動簡圖

儀器后級安裝只適合采用直齒輪減速器傳動的架空乘人裝置制動力檢測，對采用蝸輪蝸桿減速器傳動的架空乘人裝置制動力檢測不適用，而且這種安裝方法簡單方便。

1.2.2 儀器設(shè)備前級安裝

由于蝸輪蝸桿減速器有自鎖功能，不能反向傳遞力，1.2.1所描述的檢驗(yàn)方法不適用蝸輪蝸桿減速器傳動的乘人裝置。這種情況下，可在減速器的前級尋找施力部位。

圖2中A位置為柱銷聯(lián)軸器銷孔部位，將柱銷拿出，把已加工好的鋼棒插入柱銷孔，鋼棒另一頭連上鋼絲繩，并固定好，鋼絲繩的另一頭連接手動葫蘆和測力計(jì)。工作制動器和安全輪邊制動器制動力的檢測方法同1.2.1。

若A位置沒有空間固定鋼絲繩，可在聯(lián)軸器輸入軸（圖2中B位置）裝上緊固夾具，夾具另一頭連上鋼絲繩。但是這種方法缺點(diǎn)是夾具與電機(jī)輸出軸容易打滑。

對于采用蝸輪蝸桿減速器傳動的架空乘人裝置，制動力檢測試驗(yàn)中采用儀器設(shè)備前級安裝方法，由于這種方法要拆出聯(lián)軸器柱銷或加工夾具，相比后級安裝方法復(fù)雜得多，并且在聯(lián)軸器上方空間較小，操作不便。建議直齒輪減速器傳動時(shí)不要采用儀器前級安裝測試方法。

1.3 制動力的換算

根據(jù)AQ 1038—2007規(guī)定“制動器的最大制動力應(yīng)為額定牽引力的1.5倍～2倍?！?。額定牽引力，即鋼絲繩最大靜張力差，定義為鋼絲繩的上升側(cè)與下放側(cè)靜載荷的最大差值。制動器的制動力應(yīng)換算到驅(qū)動輪端，求出等效制動力。

測力裝置后級安裝是直接與牽引鋼絲繩相連，檢測出的制動力是直接作用于驅(qū)動輪上，所以不用換算。而測力裝置前級安裝檢測出的制動力需要計(jì)算等效制動力，可以根據(jù)力矩等效原理計(jì)算，其計(jì)算公式如下：

式中：FZ為測力裝置顯示的拉力，單位：N；D1為手動葫蘆施力的作用直徑，單位：mm；i為減速器的減速比；FQ為制動器的等效制動力，單位：N；D2為驅(qū)動輪直徑，單位：mm。

2 平均減速度的檢測與計(jì)算

用存儲記錄儀串接測速電機(jī)，將測速電機(jī)輪靠在牽引鋼絲繩上，當(dāng)架空乘人裝置最大坡度重車下行、空車上行時(shí)，鋼絲繩帶動測速電機(jī)輪轉(zhuǎn)動，從而測速電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)電壓信號。此時(shí)，由存儲記錄儀采集并記錄的電壓值曲線為一段直線。在此同時(shí)用接觸式轉(zhuǎn)速表直接靠在鋼絲繩上測量出鋼絲繩的運(yùn)行速度，當(dāng)運(yùn)行速度和電壓曲線都采集得很平穩(wěn)時(shí)，讓工作制動器采取制動，一直到架空乘人裝置停止下來。此時(shí)采集到的電壓值為0，從正常電壓值到電壓值下降為0這段區(qū)間的間隔時(shí)間即為制動時(shí)間。數(shù)據(jù)采集曲線圖見圖3。圖中A點(diǎn)處為正常速度時(shí)的電壓值，B點(diǎn)處為架空乘人裝置停止時(shí)電壓值為0，AB段之間的時(shí)間差即為制動時(shí)間。

圖3 數(shù)據(jù)采集曲線圖

平均減速度按照上述方法測量出來的數(shù)據(jù)按照公式計(jì)算如下：

式中：a為平均減速度，單位：m/s2；VA為正常運(yùn)行速度，單位：m/s；VB為制動停止點(diǎn)，即0m/s；t為制動時(shí)間，單位s。

按照以上方法檢測或計(jì)算出制動力、平均減速度，如不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，則需對制動系統(tǒng)重新進(jìn)行調(diào)試檢修，調(diào)試檢修完畢之后再重新進(jìn)行檢測，直到制動性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求為止。

3 總結(jié)

本文依據(jù)AQ 1038—2007《架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》的規(guī)定，對架空乘人裝置制動系統(tǒng)最大制動力、制動減速度的檢測和計(jì)算方法進(jìn)行了分析，針對不同結(jié)構(gòu)架空乘人裝置，提出了檢測儀器的安裝方法，并提出了等效制動力的換算方法以及平均減速度的計(jì)算方法，總結(jié)了制動系統(tǒng)的制動力應(yīng)滿足最大制動力和平均減速度的要求，為礦山和制造企業(yè)在架空乘人裝置制動器的安裝和調(diào)試中提供了技術(shù)參考。