V形槽梁在脫掛索道上的設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)

李越秀 溫新婕 李培杰

北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007

0 引言

客運(yùn)索道按照使用的抱索器形式分有固定抱索器客運(yùn)索道和脫掛式抱索器客運(yùn)索道。固定抱索器索道為了在站內(nèi)便于上下乘客而被迫在站內(nèi)外以低速度運(yùn)行，因而帶來線路車多，負(fù)荷大，運(yùn)行時(shí)間長，運(yùn)輸能力也因速度低而受到限制，不能滿足大運(yùn)量的要求，脫掛式抱索器索道解決了這個(gè)問題，脫掛索道吊廂是用脫掛抱索器夾緊鋼絲繩，由鋼絲繩帶動(dòng)吊廂在線路上以高速運(yùn)行。進(jìn)站時(shí)脫掛抱索器通過站口安裝的脫開掛接裝置打開抱索器使吊廂與鋼絲繩脫離，并通過抱索器上的行走輪在站內(nèi)行走軌上運(yùn)行，吊廂實(shí)現(xiàn)了在站內(nèi)以低速運(yùn)行方便乘客上下車，而在線路上又可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行的目的。

脫掛索道的關(guān)鍵技術(shù)在于抱索器與鋼絲繩的順利脫開掛接，可靠性至關(guān)重要。加減速裝置是其中最重要的環(huán)節(jié)之一，要求準(zhǔn)確無誤地使吊廂加減速，保證抱索器在掛接鋼絲繩的瞬間抱索器與鋼絲繩同步。

確定加減速裝置的固定方式是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于早期研發(fā)過程中采用的安裝方式，不易保證安裝精度，現(xiàn)場安裝調(diào)試及日常維護(hù)工作量較大。經(jīng)調(diào)研及多條脫掛索道線的實(shí)際使用，對(duì)其作出相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終研制出V形槽梁結(jié)構(gòu)，改善了索道運(yùn)行平穩(wěn)性，延長了相關(guān)機(jī)構(gòu)壽命，降低了日常維護(hù)難度及工作量，在完善產(chǎn)品性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 脫掛索道加減速裝置的作用方式及設(shè)置情況

脫掛索道中加減速裝置的作用方式為：吊廂從站外高速進(jìn)站與鋼絲繩脫開后，通過減速段使其逐漸減為站內(nèi)的恒定低速，出站時(shí)通過加速段逐漸將吊廂速度增加至鋼絲繩的運(yùn)行速度，與鋼絲繩掛接出站。

加減速裝置的動(dòng)力來源是通過取力裝置從鋼絲繩上獲得固定轉(zhuǎn)速后，通過多個(gè)與充氣輪胎同軸的皮帶輪及齒形V帶一個(gè)皮帶輪連接另一個(gè)皮帶輪進(jìn)行傳遞，不同直徑的皮帶輪使每個(gè)輪胎獲得不同轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)輪胎高度，讓輪胎給抱索器上的摩擦板產(chǎn)生一定壓力，產(chǎn)生的摩擦力使輪胎帶動(dòng)抱索器上的摩擦板完成吊廂在站內(nèi)的加減速運(yùn)行。如果采用過小的加減速度，則雖可使游客乘坐舒適平穩(wěn)，輪胎磨損小，但輪胎數(shù)量多，站房長，投資大。如果采用過大的加減速度，則會(huì)造成輪胎磨損大，輪胎與摩擦板之間易產(chǎn)生打滑且不同步等問題。為了保證實(shí)現(xiàn)順利脫開掛接和進(jìn)站后吊廂順利開關(guān)門，在加減速段前后增加了一定數(shù)量的等速輪胎，一般鋼絲繩速度為6 m/s時(shí)，直線段約為18 m長，輪胎約為40個(gè)左右。

2 加減速裝置中V形槽梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了保證吊廂在站內(nèi)正常運(yùn)行，皮帶輪組的安裝調(diào)節(jié)需要保證在一條直線上。這些皮帶輪組之間沒有安裝張緊輪，可以提高皮帶的傳遞效率和使用壽命，并可減小系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這串皮帶輪組需要在一個(gè)長梁上滑動(dòng)張緊。皮帶輪所在的梁要保證皮帶輪組滑動(dòng)順暢，由于梁的一側(cè)是輪胎，另一側(cè)是皮帶輪，張緊皮帶時(shí)會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來扭轉(zhuǎn)，且皮帶輪側(cè)比輪胎側(cè)質(zhì)量大，會(huì)給引起皮帶輪組偏轉(zhuǎn)，張緊皮帶時(shí)保證所有皮帶輪在一條直線而且皮帶輪自身不能偏斜，保證皮帶能正常工作。在吊廂通過時(shí)，摩擦板和輪胎之間的壓力也會(huì)給梁帶來扭轉(zhuǎn)，梁的抗扭轉(zhuǎn)和抗彎能力要盡可能加強(qiáng)。

最初在脫掛索道試驗(yàn)線采用了圖1所示結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于螺栓和方管梁之間存在為保證皮帶輪組張緊滑動(dòng)預(yù)留的間隙，造成在張緊皮帶輪的過程中皮帶輪組會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，很難將所有的皮帶輪組調(diào)到一條直線上。由于加減速直線段有40個(gè)左右皮帶輪組，張緊調(diào)節(jié)工作量很大，故在改進(jìn)時(shí)采用圖2所示結(jié)構(gòu)形式。

圖1 試驗(yàn)線結(jié)構(gòu)形式示意圖

如圖2所示，在軸承座上增加了一個(gè)限位塊，同時(shí)可在松開螺栓張緊滑動(dòng)時(shí)起到導(dǎo)向作用。在這種安裝結(jié)構(gòu)中，在限位塊與方管梁之間為保證皮帶輪組張緊滑動(dòng)預(yù)留有一定間隙，雖然間隙很小，但由于皮帶輪側(cè)比輪胎側(cè)重，皮帶張緊力產(chǎn)生在皮帶輪側(cè)，張緊后擰緊螺栓時(shí)則會(huì)造成皮帶輪組偏轉(zhuǎn)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]皮帶安裝要求中規(guī)定：傳動(dòng)裝置中，各帶輪軸線應(yīng)相互平行，各帶輪相對(duì)應(yīng)的V形槽的對(duì)稱平面應(yīng)重合，誤差不得超過20′。這個(gè)偏轉(zhuǎn)角度還會(huì)影響另一側(cè)輪胎的直線度和偏斜度，造成輪胎與摩擦板接觸偏斜，這將影響吊廂運(yùn)行狀態(tài)。所以，每次張緊皮帶輪都要盡可能調(diào)整每一組皮帶輪的直線度和偏斜度，并未解決試驗(yàn)線的皮帶輪組張緊時(shí)的偏斜問題。

圖2 改進(jìn)后結(jié)構(gòu)形式示意圖

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)國外同類索道在此處采用的結(jié)構(gòu)形式是令固定件在哈芬槽里面滑動(dòng)，如圖3所示。

圖3 國外同類索道采用的結(jié)構(gòu)形式示意圖

由于哈芬槽有間隙，即使有限位塊，為了保證機(jī)構(gòu)滑動(dòng)順暢，在導(dǎo)向槽和限位塊之間也要留有間隙，并且哈芬槽與方管梁之間的焊接易產(chǎn)生較大變形，這些誤差加重了皮帶輪組張緊時(shí)的偏斜量，也會(huì)產(chǎn)生圖3結(jié)構(gòu)形式類似的問題，給現(xiàn)場的安裝帶來很大困難。

在第一條脫掛索道的基礎(chǔ)上，通過有限元計(jì)算分析和研究，為保證合理的工藝性多次改進(jìn)了設(shè)計(jì)，采用了V形槽梁安裝方式解決了這個(gè)問題，并且進(jìn)一步優(yōu)化了V形槽梁截面，如圖4所示。

圖4所示槽梁是由2個(gè)雙V形梁組合而成，2個(gè)梁通過上面的帶有2個(gè)V形槽壓板和下面的帶有V形槽軸承座及2根螺栓固定，由于梁上有多個(gè)皮帶輪組，所以壓板和軸承座通過截面中4個(gè)V形槽緊緊將2個(gè)雙V梁連接在了一起，相當(dāng)于2個(gè)V形槽梁每隔一段距離有一個(gè)連接固定點(diǎn)，通過有限元分析，這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了V形槽梁的強(qiáng)度，能夠承受當(dāng)?shù)鯉ㄟ^時(shí)通過輪胎給梁施加的上頂力。該截面的4個(gè)V形槽，上下能把2個(gè)梁緊密夾緊在一起，且隨著螺栓擰緊力矩的增加，V形槽會(huì)使2個(gè)梁連接更加緊密，只要保證V形槽加工平直，左右能讓皮帶輪張緊時(shí)不能偏斜且滑動(dòng)順暢，給加減速皮帶輪組的張緊和安裝調(diào)節(jié)帶來便利，提高了皮帶的傳動(dòng)效率和使用壽命。保證多個(gè)輪胎在一條直線上而且不偏斜，吊廂的加減速度更加接近理論設(shè)計(jì)值，使抱索器與鋼絲繩的脫開掛接更加順利，保證了吊廂進(jìn)出站的正常運(yùn)行。

圖4 V形槽梁結(jié)構(gòu)形式示意圖

為了進(jìn)一步優(yōu)化V形槽梁截面將2個(gè)V形槽梁去除了一部分，形狀與槽鋼類似，針對(duì)同樣質(zhì)量和截面同樣寬度的V形槽梁，截面高度可以增加，這時(shí)梁的抗彎和抗扭轉(zhuǎn)能力會(huì)有提高。如果采用相同截面尺寸，在新結(jié)構(gòu)中去掉這部分還能在不影響整體強(qiáng)度性能的情況，減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量。通過計(jì)算分析表明，這一改進(jìn)讓設(shè)計(jì)更加合理，承載能力及工藝性優(yōu)勢(shì)更加明顯。V形槽梁用成型的模具制造能夠保證批量生產(chǎn)，而且尺寸精度更容易控制。

3 結(jié)論

新型V形槽梁安裝方式是脫掛索道設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新，給脫掛索道的安裝調(diào)試帶來便利，增強(qiáng)了加減速裝置的承載均勻性，并且減小了皮帶和輪胎的磨損，提高了皮帶和輪胎的使用壽命，提高了加減速裝置的傳動(dòng)效率，保證了抱索器與鋼絲繩順利地脫開掛接。結(jié)合試驗(yàn)線及多條脫掛索道的實(shí)際使用情況分析，該結(jié)構(gòu)形式技術(shù)先進(jìn)，工藝性好，穩(wěn)妥可靠，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。