架空乘人裝置制動力測試方法的優(yōu)化分析

方 超，皮 婷，蔣京名

（1.湖南有色冶金勞動保護研究院有限責任公司，湖南 長沙 410004；2.湖南電科院檢測集團有限公司，湖南 湘鄉(xiāng) 411400）

隨著《淘汰落后安全技術工藝、設備目錄（2016年）》的正式發(fā)布，普通軌叉爪式斜井人車和普通軌抱軌式斜井人車即將逐步退出歷史舞臺，而具有運行安全可靠、人員上下方便、操作簡單、輸送效率高、一次性投資低等眾多優(yōu)勢的架空乘人裝置成為了目前現(xiàn)代化礦山斜井人員運輸設備的主要選擇［1-2］。架空乘人裝置安全、穩(wěn)定、可靠地運行是礦山安全生產(chǎn)工作的前提條件，要保證架空乘人裝置安全、穩(wěn)定、可靠地運行，除了需要礦方工作人員的日常維護保養(yǎng)和檢查檢修外，具有相關資質(zhì)的第三方檢測檢驗機構(gòu)每年的定期檢測檢驗也是必不可少的，每年定期全面的、深入的體檢，能夠發(fā)現(xiàn)裝置存在的潛在安全隱患，進而提醒礦方及時消除隱患，確保乘坐人員的安全，保障礦方正常安全生產(chǎn)［3-4］。檢驗檢測的方式、方法和相關輔助裝置的選擇對檢測的結(jié)果有著直接的影響，科學合理的檢測方法和便捷可靠的輔助裝置是順利完成架空乘人裝置定期檢驗檢測的基本保障。

1 架空乘人裝置的應用背景及工作原理

1.1 應用背景

我國地大物博，是礦產(chǎn)資源富饒的國家，地下蘊藏著大量用于國防、軍工、芯片等高科技行業(yè)不可或缺的重要戰(zhàn)略資源。新中國成立后，礦山行業(yè)順應歷史時代潮流迅速崛起，成為了當時國家經(jīng)濟的中流砥柱。而今，礦山企業(yè)依舊做出了不可磨滅的貢獻。我國的礦山多為地下斜井開采，正因為如此，架空乘人裝置（俗稱“猴車”）孕育而生。

1.2 工作原理

架空乘人裝置作為輸送人員的主要設備之一，目前廣泛應用于斜井開采的地下礦山。其機頭和機尾分別安裝在“始發(fā)地”和“目的地”所在的不同中段，主要通過驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)動將動力傳遞到與其直接連接的減速機上，通過減速機的齒比變速后，將動力傳遞到與減速機直接相連的驅(qū)動輪（也叫“首輪”，安裝在機頭位置）上，使得驅(qū)動輪在設定的速度下旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動輪和從動輪（也叫“尾輪”，安裝在機尾位置）的輪槽內(nèi)纏上同一根牽引鋼絲繩，通過牽引鋼絲繩將兩輪連接起來，牽引鋼絲繩在從動輪所在中段通過重錘的重力作用將其張緊，使其與兩輪之間無相對滑動。架空乘人裝置的吊椅通過抱索器與牽引鋼絲繩牢固連接，驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)通過牽引鋼絲繩帶動從動輪旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)運輸人員的目的。斜井架空乘人裝置的安裝形式如圖1所示。

圖1 架空乘人裝置的安裝形式示意圖

機頭部位有兩套制動器，分別是位于驅(qū)動電動機和減速機之間的工作制動器和位于驅(qū)動輪輪邊的安全制動器（即：驅(qū)動輪的輪邊制動器）。工作制動器主要用于制動驅(qū)動電動機和減速機的連接軸的轉(zhuǎn)動；安全制動器主要用于制動驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動；兩套制動器都能使裝置實現(xiàn)可靠停車。機頭部位的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 機頭部位的結(jié)構(gòu)示意圖

2 現(xiàn)有的制動力測試方法和存在的問題

2.1 現(xiàn)有的制動力測試方法

在確保架空乘人裝置上無乘坐人員后，關閉裝置，使其停止運行，讓工作制動器和安全制動器都處于剎車狀態(tài)。

按照《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗規(guī)范》（AQ 1038—2007）的規(guī)定連接好試驗所需的各項裝置，具體試驗方式如下：

取直徑大小和長度合適的測試鋼絲繩一根，一端與牽引鋼絲繩（架空乘人裝置驅(qū)動輪位置的一段牽引鋼絲繩）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（手動葫蘆與某一固定受拉件牢固連接）。用手動葫蘆將測試鋼絲繩拉緊，直至制動器與驅(qū)動輪之間打滑時（制動器與驅(qū)動輪發(fā)生相對滑動），讀取測力裝置上的讀數(shù)?，F(xiàn)有的測試方法如圖3所示。

現(xiàn)有的制動力檢測所需要的輔助工具有測試鋼絲繩、合適的鋼絲繩U型夾、手動葫蘆、活動扳手等。試驗前先將測試鋼絲繩和驅(qū)動輪附近的一段牽引鋼絲繩放入鋼絲繩U型夾內(nèi)，通過旋緊鋼絲繩U型夾的螺母使其壓板對測試鋼絲繩和牽引鋼絲繩產(chǎn)生強大的壓力，使兩繩之間通過摩擦力牢固固定，從而不發(fā)生相對滑動，其作用是提供試驗所需的受力點，使手動葫蘆加載的拉力能作用到驅(qū)動輪上，使驅(qū)動輪在外力作用下轉(zhuǎn)動。鋼絲繩U型夾和測試鋼絲繩的安裝方式如圖4所示。

圖4 鋼絲繩U型夾和測試鋼絲繩的安裝方式示意圖

2.2 現(xiàn)有測試方法存在的問題

架空乘人裝置的制動過程是通過工作制動器和安全制動器兩套制動器來完成。工作制動器是通過制動電動機和減速機連接軸的轉(zhuǎn)動來完成制動；安全制動器是通過直接制動驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動來完成制動。兩套制動器具體制動形式如圖5所示。

圖5 兩套制動器制動形式示意圖

1.兩套制動器雙重制動能起到雙重保護作用，兩套制動器的制動力測試應該單獨分開進行試驗（即：關閉其中一個制動器打開另外一個制動器進行制動力測試，直到每個制動器都測試完成），工作制動器和安全制動器應分別滿足相關的技術要求。而現(xiàn)有的測試方法只測試了安全制動和工作制動同時制動時的制動力。

2.通過大量現(xiàn)場試驗操作發(fā)現(xiàn)，按照現(xiàn)有的測試方法完成測試后架空乘人裝置驅(qū)動輪附近的那段牽引鋼絲繩都會在U型夾的螺母和壓板的強大夾緊力下，與測試鋼絲繩相互擠壓和摩擦留下傷痕，這增加了牽引鋼絲繩的斷絲風險，而鋼絲繩的斷絲情況又是判定鋼絲繩是否合格的重要技術指標，該試驗方法具有一定的破壞性，會對牽引鋼絲繩產(chǎn)生不可逆的損傷，從而增加了架空乘人裝置事故的風險。

3.現(xiàn)有的測試方法很難保證手動葫蘆輸出的拉力能作用到驅(qū)動輪的切線方向（實際存在一定的夾角），在做安全制動器制動力測試試驗時，產(chǎn)生的力臂與實際安全制動器制動時產(chǎn)生的力臂存在一定的誤差，會導致試驗數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的誤差較大。

3 優(yōu)化后的制動力測試方法和優(yōu)勢

3.1 優(yōu)化后的制動力測試方法

首先在制動力測試前，先單獨閉合工作制動器或安全制動器，使未參與測試的另外一組制動器不制動，分別單獨測試兩組制動器的制動力，兩組試驗的操作過程相同，具體如下：

取自制的專用于架空乘人裝置制動力測試的輔助工裝（以下簡稱“自制輔助工裝”）安裝于驅(qū)動輪上（具體安裝形式如圖6所示），測力裝置的一端與自制輔助工裝牢固連接，另一端與手動葫蘆連接，手動葫蘆固定在現(xiàn)場某一固定受拉件上。用手動葫蘆拉自制輔助工裝，直至制動器打滑時，讀取測力裝置上的讀數(shù)。優(yōu)化后的試驗方法如圖7所示。

圖6 自制輔助工裝的安裝形式示意圖

圖7 優(yōu)化后的測試方法示意圖

自制輔助工裝，由一塊開孔的圓弧板、一塊開孔的長方形板、兩顆帶螺母的螺釘和一個U型螺桿搭配兩個螺母組成。按如圖6所示方式組裝到驅(qū)動輪上，使得測力裝置和手動葫蘆的拉力方向與驅(qū)動輪外緣相切。

U型螺桿，將驅(qū)動輪的輪輻固定到圓弧板上，輪輻緊貼U型螺桿的內(nèi)壁。工裝上的A、B、C三點形成一個受力的三角形，將自制輔助工裝牢固的固定到驅(qū)動輪上，并與之成為一個整體。測力裝置一端與自制輔助工裝連接，一端與手動葫蘆連接，用手動葫蘆拉自制輔助工裝，直至制動器打滑時，讀取測力裝置上的讀數(shù)。

3.2 優(yōu)化后測試方法的優(yōu)勢

分別單獨測試工作制動器和安全制動器，有利于更加全面、準確地把握架空乘人裝的制動性能，有利于更加精準地找出每套制動器存在的問題，為架空乘人裝置的維護保養(yǎng)指明了方向。

自制輔助工裝的結(jié)構(gòu)取代了用鋼絲繩U型夾來固定測試鋼絲繩和牽引鋼絲繩作為著力點的方式，避免了牽引鋼絲繩因擠壓和摩擦導致的斷絲風險。

自制輔助工裝可使手動葫蘆的拉力通過測力裝置始終作用在驅(qū)動輪的切線方向。在做安全制動器的制動力試驗時，保證了試驗的力臂和安全制動器制動時的力臂大小一致，測試的結(jié)果更準確。

4 結(jié)語

架空乘人裝置制動力的合格與否關系到礦方能否正常進行安全生產(chǎn)活動和井下作業(yè)人員的生命安全是否能得到可靠的保障。制動力試驗是每年必須要重點檢測的項目。通過對礦山現(xiàn)場工作環(huán)境和設備的觀察，對現(xiàn)有檢測方法的深入剖析，結(jié)合自身的工作經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有檢測方法和測試輔助裝置的不足，并提出了改進建議，優(yōu)化了現(xiàn)有的檢測方法和輔助工裝，更好地保證了架空乘人裝置制動力測試結(jié)果的準確性和牽引鋼絲繩的安全性。