淺談客運(yùn)索道彈簧部件的使用與維護(hù)

艾憲忠

（泰安市泰山索道運(yùn)營(yíng)中心 泰安 271000）

客運(yùn)索道彈簧部件體積緊湊,蓄能作用大,大都配置在比較隱蔽的位置,日常檢查維護(hù)比較困難,只能在拆卸后進(jìn)行檢查、保養(yǎng)或必要的檢測(cè)。結(jié)合多年來(lái)的使用維護(hù)經(jīng)歷,從以下幾個(gè)方面對(duì)客運(yùn)索道常用彈簧部件的使用維護(hù)進(jìn)行論述和探討。

1 客運(yùn)索道常用彈簧

1.1 扭桿彈簧

扭桿彈簧的特點(diǎn)主要是重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小。缺點(diǎn)是要求材料精度高,端部加工比較困難煩瑣。一般采用熱軋彈簧鋼制造,材料具有良好的淬透性和加工性,經(jīng)熱處理后硬度達(dá)到50 HRC左右,表面粗糙度Ra在0.63～1.25 μm范圍,材質(zhì)為硅錳和鉻鎳合金鋼60Si2MnA以及45CrNiMoVA等[1]。扭桿彈簧最早用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng),在客運(yùn)索道的運(yùn)用時(shí)間為2000年前后,逐步在DT 108/106抱索器上應(yīng)用。

1.2 碟形彈簧

碟形彈簧是用專用金屬板材或鍛壓坯料而制作加工成的錐形截面的墊圈式彈簧。設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,依照標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1972—2005《碟形彈簧》。碟形彈簧主要優(yōu)點(diǎn)為剛度大,緩沖吸振能力強(qiáng),能以小變形承受大載荷,適合于軸向空間要求小的場(chǎng)合。具有變剛度特性,可以通過(guò)適當(dāng)選擇得到不同的特性曲線。其特性曲線可以呈直線型、漸增型、漸減型或是它們的組合,具有多種非線性特性。同其他彈簧部件相比,其缺點(diǎn)是需要高的制造精度來(lái)保障載荷偏差處于允許范圍內(nèi)。通過(guò)用同樣的碟形彈簧采用不同的組合方式,能使彈簧特性在很大范圍內(nèi)變化?？刹捎脤?duì)合、疊合的組合方式,也可以采用復(fù)合的不同厚度、不同片數(shù)的組合方式[1]。在客運(yùn)索道設(shè)備中主要用于抱索器、緊急制動(dòng)閘系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。

圖1 使用碟形彈簧的緊急閘

1.3 螺旋彈簧

抱索器螺旋彈簧的特性曲線呈線性,剛度穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,應(yīng)用較廣,在機(jī)械設(shè)備中大多用于緩沖、減振、儲(chǔ)能和控制運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)合。該型號(hào)彈簧一般適用于熱卷,經(jīng)噴丸處理的彈簧可以提高疲勞強(qiáng)度和壽命。該類型彈簧在客運(yùn)索道設(shè)備中常用于抱索器（見(jiàn)圖2）、制動(dòng)閘、支架托壓索輪組、脈沖輪機(jī)構(gòu)等場(chǎng)合。

圖2 使用螺旋彈簧的脫掛抱索器

1.4 鋼板彈簧

鋼板彈簧一般采用厚度為10～14 mm的彈簧鋼板,材質(zhì)為55Si2MnVB,主要用于各類交通車輛的懸掛裝置,能夠起到緩沖和減振的作用。該類型彈簧在客運(yùn)索道設(shè)備中主要用于抱索器脫掛裝置中的抱索力檢測(cè)軌。通過(guò)位移傳感器測(cè)量抱索力檢測(cè)軌的形變量換算成抱索力。

1.5 壓力彈簧管

壓力彈簧管具有測(cè)壓范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、性能可靠的特點(diǎn)。壓力彈簧管主要用作測(cè)量壓力,當(dāng)管內(nèi)的流體壓力P變化時(shí),管的曲率發(fā)生變化,自由端產(chǎn)生位移。在客運(yùn)索道設(shè)備中用于液壓張緊系統(tǒng)中的±5%和±10%壓力開(kāi)關(guān)裝置（見(jiàn)圖3）。

圖3 壓力彈簧管工作原理圖

2 彈簧部件失效案例

2.1 扭桿彈簧斷裂

根據(jù)廠家實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),扭桿彈簧能夠達(dá)到500萬(wàn)次的疲勞實(shí)驗(yàn)。泰山中天門索道改造于2000年,為國(guó)內(nèi)第一條單線循環(huán)脫掛式8人吊廂索道, DT108型抱索器采用了新型扭桿彈簧。由于泰山中天門索道運(yùn)行負(fù)荷較大,年平均客流在330萬(wàn)人次左右,于2014年對(duì)全部46臺(tái)抱索器進(jìn)行了更換,期間未發(fā)生扭桿斷裂現(xiàn)象。冬季氣溫較低時(shí),抱索力普遍降低,對(duì)扭力桿彈簧、各軸系進(jìn)行檢查潤(rùn)滑保養(yǎng)后,抱索力明顯上升800～1 000 N左右[2]。另一典型案例是國(guó)內(nèi)某索道于1998年初始運(yùn)營(yíng),自2005年開(kāi)始連續(xù)出現(xiàn)幾起扭桿彈簧斷裂現(xiàn)象（見(jiàn)圖4）。經(jīng)過(guò)對(duì)斷裂彈簧的分析,判定彈簧斷裂原因?yàn)椴馁|(zhì)問(wèn)題。該批彈簧存在嚴(yán)重的材料缺陷,缺陷造成應(yīng)力集中,促使疲勞裂紋萌生和疲勞裂紋擴(kuò)展,在裂紋擴(kuò)展達(dá)到一定長(zhǎng)度后,扭桿彈簧抗斷裂能力迅速下降,造成瞬間斷裂。

圖4 扭桿彈簧斷裂狀態(tài)

2.2 螺旋彈簧斷裂

抱索器螺旋彈簧位置相對(duì)隱蔽,日常檢查很難觀察到實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),只有在全面拆解后,方可看到該彈簧的全面情況。在運(yùn)行10年后,國(guó)內(nèi)該型號(hào)的多條索道的抱索器圓形截面圓柱螺旋壓縮彈簧相繼出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象（見(jiàn)圖5）,慶幸的是該類型彈簧有彈簧導(dǎo)槽的限制,斷口處未完全脫開(kāi),抱索力沒(méi)有明顯下降,否則在線路運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中斷開(kāi)的2節(jié)彈簧脫開(kāi),后果將不堪設(shè)想。

圖5 圓柱螺旋彈簧斷裂狀態(tài)

2.3 壓力彈簧管損壞

國(guó)內(nèi)某索道運(yùn)行10年內(nèi),壓力彈簧管頻繁損壞,致使更換多套壓力開(kāi)關(guān)裝置,一直查找不出具體的故障原因。后根據(jù)故障分析認(rèn)為,首先該索道線路高差較大,客流量比較集中,運(yùn)行過(guò)程中張緊系統(tǒng)沖擊壓力較大；其次張緊液壓系統(tǒng)安全閥壓力設(shè)置過(guò)高。因此要按保養(yǎng)手冊(cè)要求測(cè)試張緊液壓系統(tǒng)的各部壓力設(shè)定值,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)給予調(diào)整設(shè)定。

2.4 抱索力檢測(cè)裂紋

2017年6月,機(jī)電人員在排查抱索力異常故障時(shí)發(fā)現(xiàn)抱索力測(cè)試軌出現(xiàn)裂紋（見(jiàn)圖6）,隨即對(duì)整套脫掛軌系統(tǒng)進(jìn)行了更換。由于之前備好了整套備件,為快速處置該故障提供了強(qiáng)有力的備件支撐,因此沒(méi)有造成不良影響和經(jīng)濟(jì)損失。所以根據(jù)此次故障的應(yīng)急處置經(jīng)歷,建議同行們?cè)谡赘旅搾毂髌鞯耐瑫r(shí),將整套脫掛軌或抱索力測(cè)試軌（分體式）進(jìn)行同步更新,從而提升索道設(shè)備的本質(zhì)安全性能。

圖6 抱索力檢測(cè)軌裂紋

2.5 碟形彈簧變形

一般碟形彈簧的設(shè)計(jì)使用壽命不低于100 000次,載荷冗余量大,相對(duì)性能比較穩(wěn)定,到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)客運(yùn)索道碟形彈簧在運(yùn)行中損壞的案例。但由于碟形彈簧在抱索器和緊急制動(dòng)閘中的日常工作狀態(tài)為受力狀態(tài),久而久之會(huì)造成碟形彈簧的塑形變形。以緊急制動(dòng)閘為例,碟形彈簧組H值直接反映彈簧的塑形變形情況,所以在檢查測(cè)量時(shí)重點(diǎn)關(guān)注碟形彈簧H值的變化情況；同時(shí)參考制動(dòng)測(cè)試時(shí)的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離數(shù)據(jù)是否在規(guī)定值內(nèi),否則要結(jié)合制動(dòng)片的間隙與厚度,對(duì)碟形彈簧H值進(jìn)行精確調(diào)整。

3 彈簧部件的維護(hù)保養(yǎng)及檢測(cè)

3.1 目測(cè)檢查

使用高倍數(shù)放大鏡目測(cè)各彈簧部件的防腐層狀態(tài)、異常變形情況、彈簧外觀有無(wú)裂紋等情況；使用量具測(cè)量彈簧組H值變化情況,同原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),如差值超標(biāo)則表明彈簧部件存在一定程度的塑形變形或損壞情況。

3.2 維護(hù)保養(yǎng)和檢測(cè)

對(duì)摩擦和貼合部位使用潤(rùn)滑脂進(jìn)行防腐[3],彈簧外部一般采用防腐涂料。當(dāng)前,TSG S7001—2013《客運(yùn)索道監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則》要求需進(jìn)行強(qiáng)制檢測(cè)的是涉及抱索器使用的各類彈簧,如碟形彈簧、圓形截面圓柱螺旋壓縮彈簧、扭桿彈簧[4]。經(jīng)過(guò)以上檢測(cè)手段發(fā)現(xiàn)異常后必須及時(shí)更新,可使用無(wú)損探傷對(duì)彈簧部件進(jìn)行檢測(cè),主要有著色探傷、磁粉探傷、超聲波探傷、厚度檢測(cè)等方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,各類彈簧部件的作用非常關(guān)鍵,可以說(shuō)各類彈簧部件的使用及運(yùn)行情況直接關(guān)系整條索道的安全運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)學(xué)習(xí)研究各類彈簧部件的類型、性能、使用場(chǎng)合,強(qiáng)化和豐富維護(hù)保養(yǎng)以及檢測(cè)手段,適時(shí)儲(chǔ)備必要的彈簧備件,及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類故障隱患并妥善處置[5],以保證各類彈簧部件始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。