李越秀 溫新婕 李培杰

北京起重運輸機械設計研究院有限公司 北京 100007

0 引言

客運索道按照使用的抱索器形式分有固定抱索器客運索道和脫掛式抱索器客運索道。固定抱索器索道為了在站內便于上下乘客而被迫在站內外以低速度運行，因而帶來線路車多，負荷大，運行時間長，運輸能力也因速度低而受到限制，不能滿足大運量的要求，脫掛式抱索器索道解決了這個問題，脫掛索道吊廂是用脫掛抱索器夾緊鋼絲繩，由鋼絲繩帶動吊廂在線路上以高速運行。進站時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行走軌上運行，吊廂實現了在站內以低速運行方便乘客上下車，而在線路上又可以實現高速運行的目的。

脫掛索道的關鍵技術在于抱索器與鋼絲繩的順利脫開掛接，可靠性至關重要。加減速裝置是其中最重要的環(huán)節(jié)之一，要求準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關鍵環(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，現場安裝調試及日常維護工作量較大。經調研及多條脫掛索道線的實際使用，對其作出相應的改進設計，最終研制出V形槽梁結構，改善了索道運行平穩(wěn)性，延長了相關機構壽命，降低了日常維護難度及工作量，在完善產品性能的同時，實現了較好的經濟效益。

1 脫掛索道加減速裝置的作用方式及設置情況

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

加減速裝置的動力來源是通過取力裝置從鋼絲繩上獲得固定轉速后，通過多個與充氣輪胎同軸的皮帶輪及齒形V帶一個皮帶輪連接另一個皮帶輪進行傳遞，不同直徑的皮帶輪使每個輪胎獲得不同轉速。調節(jié)輪胎高度，讓輪胎給抱索器上的摩擦板產生一定壓力，產生的摩擦力使輪胎帶動抱索器上的摩擦板完成吊廂在站內的加減速運行。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，但輪胎數量多，站房長，投資大。如果采用過大的加減速度，則會造成輪胎磨損大，輪胎與摩擦板之間易產生打滑且不同步等問題。為了保證實現順利脫開掛接和進站后吊廂順利開關門，在加減速段前后增加了一定數量的等速輪胎，一般鋼絲繩速度為6 m/s時，直線段約為18 m長，輪胎約為40個左右。

2 加減速裝置中V形槽梁的設計優(yōu)化

為了保證吊廂在站內正常運行，皮帶輪組的安裝調節(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)的轉動慣量和結構質量，這串皮帶輪組需要在一個長梁上滑動張緊。皮帶輪所在的梁要保證皮帶輪組滑動順暢，由于梁的一側是輪胎，另一側是皮帶輪，張緊皮帶時會給結構帶來扭轉，且皮帶輪側比輪胎側質量大，會給引起皮帶輪組偏轉，張緊皮帶時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，摩擦板和輪胎之間的壓力也會給梁帶來扭轉，梁的抗扭轉和抗彎能力要盡可能加強。

最初在脫掛索道試驗線采用了圖1所示結構形式，經過試驗發(fā)現，由于螺栓和方管梁之間存在為保證皮帶輪組張緊滑動預留的間隙，造成在張緊皮帶輪的過程中皮帶輪組會發(fā)生偏轉，很難將所有的皮帶輪組調到一條直線上。由于加減速直線段有40個左右皮帶輪組，張緊調節(jié)工作量很大，故在改進時采用圖2所示結構形式。

圖1 試驗線結構形式示意圖

如圖2所示，在軸承座上增加了一個限位塊，同時可在松開螺栓張緊滑動時起到導向作用。在這種安裝結構中，在限位塊與方管梁之間為保證皮帶輪組張緊滑動預留有一定間隙，雖然間隙很小，但由于皮帶輪側比輪胎側重，皮帶張緊力產生在皮帶輪側，張緊后擰緊螺栓時則會造成皮帶輪組偏轉，根據《機械設計手冊》[1]皮帶安裝要求中規(guī)定：傳動裝置中，各帶輪軸線應相互平行，各帶輪相對應的V形槽的對稱平面應重合，誤差不得超過20′。這個偏轉角度還會影響另一側輪胎的直線度和偏斜度，造成輪胎與摩擦板接觸偏斜，這將影響吊廂運行狀態(tài)。所以，每次張緊皮帶輪都要盡可能調整每一組皮帶輪的直線度和偏斜度，并未解決試驗線的皮帶輪組張緊時的偏斜問題。

圖2 改進后結構形式示意圖

經調研發(fā)現國外同類索道在此處采用的結構形式是令固定件在哈芬槽里面滑動，如圖3所示。

圖3 國外同類索道采用的結構形式示意圖

由于哈芬槽有間隙，即使有限位塊，為了保證機構滑動順暢，在導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生較大變形，這些誤差加重了皮帶輪組張緊時的偏斜量，也會產生圖3結構形式類似的問題，給現場的安裝帶來很大困難。

在第一條脫掛索道的基礎上，通過有限元計算分析和研究，為保證合理的工藝性多次改進了設計，采用了V形槽梁安裝方式解決了這個問題，并且進一步優(yōu)化了V形槽梁截面，如圖4所示。

圖4所示槽梁是由2個雙V形梁組合而成，2個梁通過上面的帶有2個V形槽壓板和下面的帶有V形槽軸承座及2根螺栓固定，由于梁上有多個皮帶輪組，所以壓板和軸承座通過截面中4個V形槽緊緊將2個雙V梁連接在了一起，相當于2個V形槽梁每隔一段距離有一個連接固定點，通過有限元分析，這種結構增強了V形槽梁的強度，能夠承受當吊廂通過時通過輪胎給梁施加的上頂力。該截面的4個V形槽，上下能把2個梁緊密夾緊在一起，且隨著螺栓擰緊力矩的增加，V形槽會使2個梁連接更加緊密，只要保證V形槽加工平直，左右能讓皮帶輪張緊時不能偏斜且滑動順暢，給加減速皮帶輪組的張緊和安裝調節(jié)帶來便利，提高了皮帶的傳動效率和使用壽命。保證多個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計值，使抱索器與鋼絲繩的脫開掛接更加順利，保證了吊廂進出站的正常運行。

圖4 V形槽梁結構形式示意圖

為了進一步優(yōu)化V形槽梁截面將2個V形槽梁去除了一部分，形狀與槽鋼類似，針對同樣質量和截面同樣寬度的V形槽梁，截面高度可以增加，這時梁的抗彎和抗扭轉能力會有提高。如果采用相同截面尺寸，在新結構中去掉這部分還能在不影響整體強度性能的情況，減小結構質量。通過計算分析表明，這一改進讓設計更加合理，承載能力及工藝性優(yōu)勢更加明顯。V形槽梁用成型的模具制造能夠保證批量生產，而且尺寸精度更容易控制。

3 結論

新型V形槽梁安裝方式是脫掛索道設計的一個創(chuàng)新，給脫掛索道的安裝調試帶來便利，增強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效率，保證了抱索器與鋼絲繩順利地脫開掛接。結合試驗線及多條脫掛索道的實際使用情況分析，該結構形式技術先進，工藝性好，穩(wěn)妥可靠，具有較強的推廣價值。