許延暉，王肖一

（河北煤炭科學(xué)研究院有限公司，河北 邢臺 054000）

1 概 況

隨著煤礦井下輔助運輸設(shè)備的技術(shù)發(fā)展以及礦井安全生產(chǎn)意識的提高，對無極繩連續(xù)運輸?shù)臓恳囘\行速度提出了更高的要求，特別是超速沖擊和斷繩保護方面提出了嚴(yán)格要求，為此，加大對無極繩牽引車限速保護裝置設(shè)計研究工作勢在必行。無論是牽引車采用的是插爪制動還是抱軌制動，都需要在車體上配備限速裝置，而機械式離心釋放器是限速裝置的關(guān)鍵零部件，以KSP-120/200P無極繩卡軌車液壓制動牽引車為例，其牽引車上配備的離心釋放器如圖1所示。

圖1 離心釋放器的外形Fig.1 Shape of centrifugal releaser

離心釋放器固定在牽引車上，從牽引車的車輪讀取轉(zhuǎn)數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到超速設(shè)定值時離心釋放器觸發(fā)液壓球閥，液壓系統(tǒng)失壓后機車抱閘制動，實現(xiàn)牽引車的超速保護。

但以往在整車組裝時，對于離心釋放器往往缺乏必要檢測手段，僅是通過裝機后的放車試驗判斷離心釋放器的有效性，存在安全隱患。為此，本文設(shè)計了一種便攜式的離心釋放器試驗裝置，能夠較為準(zhǔn)確測出離心釋放器的觸發(fā)轉(zhuǎn)速。

2 離心釋放器試驗裝置的設(shè)計

離心釋放器是在離心塊的離心力和壓縮彈簧的彈簧力共同作用下工作的，當(dāng)機車的運行速度增大時，離心釋放器的轉(zhuǎn)速增大，離心塊的離心力大于彈簧的彈力，彈簧芯軸被頂出，實現(xiàn)離心釋放器的觸發(fā)動作，故本文設(shè)計的試驗裝置需要滿足3個功能特點，即提供轉(zhuǎn)速且能調(diào)速的動力裝置、觸發(fā)感應(yīng)裝置和精準(zhǔn)的測速裝置，并且該試驗裝置要求具有便攜式特點，便于現(xiàn)場使用。

根據(jù)上述要求，該離心釋放器的試驗裝置技術(shù)方案設(shè)計如圖2所示。動力裝置1給離心釋放器提供轉(zhuǎn)速，通過帶傳動（包括大帶輪2、三角帶3和小帶輪5），將轉(zhuǎn)速傳遞給離心釋放器4，增大轉(zhuǎn)速到極限值時，觸發(fā)超速感應(yīng)裝置6，期間測速裝置8時時記錄轉(zhuǎn)速值，整個裝置固定于便攜式底座7上。

圖2 試驗裝置方案設(shè)計Fig 2.Design of test device

下面對該離心釋放器試驗裝置的動力裝置、傳動裝置、測速及超速感應(yīng)裝置、裝置底座等主要部件進行設(shè)計及選型。

2.1 動力裝置的設(shè)計

離心釋放器試驗裝置的動力裝置要求能夠為離心釋放器提供合適的轉(zhuǎn)速且調(diào)速方便?？紤]到現(xiàn)場試驗條件，選取220 V的可調(diào)速直流電機作為動力裝置。為了方便移動，設(shè)計了一個電機封裝盒，速度調(diào)節(jié)按鈕及刻度盤固定于封裝盒外側(cè)，電機及封裝盒外形如圖3所示。

圖3 電機及封裝盒外形Fig.3 Shape of motor and packaging box

2.2 傳動裝置的設(shè)計

電機與離心釋放器之間采用皮帶傳動的方式，為提高離心釋放器的轉(zhuǎn)速，采用增速帶輪的設(shè)計方式，兩帶輪的速比為1∶2，帶輪結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。為便于調(diào)節(jié)帶輪的平行位置，帶輪與軸之間用緊定螺釘固定。

圖4 大小帶輪的結(jié)構(gòu)形式Fig.4 Structures of pulleys

2.3 試驗裝置底座的設(shè)計

按照“電機—皮帶—離心釋放器”順次連接的布置形式，本文設(shè)計了1個便攜式的試驗底座，該試驗底座起到了固定架的作用，可以方便的將待測的離心釋放器與電機連接牢固。試驗底座是由12號槽鋼、電機固定底座和離心釋放器固定架3部分組成，其三維建模如圖5所示。

圖5 試驗底座的三維建模Fig.5 3Dmodeling of test base

2.4 超速感應(yīng)裝置的設(shè)計

離心釋放器轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值時，彈簧芯軸就會被離心塊推出，但這個彈簧芯軸被彈出的瞬間不易捕捉。為了準(zhǔn)確感應(yīng)這一臨界速度，設(shè)計了一個簡易的超速感應(yīng)裝置。在離心釋放器的固定架上加持1個具有彈性的細(xì)鋼絲，如圖6所示。當(dāng)彈簧芯軸被推出時觸碰細(xì)鋼絲，細(xì)鋼絲就會發(fā)出嗡鳴聲，這個嗡鳴信號聲即為超速感應(yīng)效果，根據(jù)這個信號便可較為準(zhǔn)確的記錄此時的臨界速度。

圖6 數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)形式Fig.6 Structure of data acquisition device

3 試 驗

3.1 試驗裝置的組裝

將直流調(diào)速電機和離心釋放器在試驗底座上固定好后，用三角帶將兩帶輪連接起來。接通220 V電源后，該裝置即可啟動，若出現(xiàn)運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，間歇性噪音等問題，適當(dāng)調(diào)節(jié)緊定螺釘，確保兩帶輪的準(zhǔn)確位置。裝置調(diào)節(jié)好后，用數(shù)字式轉(zhuǎn)速表測量小帶輪轉(zhuǎn)速，即為離心釋放器的轉(zhuǎn)速。離心釋放器試驗裝置組裝后的布置形式如圖7所示。

圖7 離心釋放器試驗裝置的實物照片F(xiàn)ig.7 Physical photographs of centrifugal releaser test device

3.2 試驗原理

離心釋放器的離心塊在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，由離心力公式F=mrω2可知，當(dāng)離心塊的質(zhì)量m一定時，轉(zhuǎn)速ω越大，轉(zhuǎn)動半徑r也越大，同時與之對應(yīng)的彈簧力滿足胡克定律F=kx，彈簧變形量x隨著轉(zhuǎn)動半徑r相應(yīng)變大，彈簧芯軸在彈簧力和離心塊推力的雙重作用下向外頂出，當(dāng)頂出長度達(dá)到一定值時，觸發(fā)超速急停機車上的超速急停裝置。故彈簧芯軸的推出長度是一個與轉(zhuǎn)速有關(guān)的量變積累過程，測量臨界速度時必然要考慮。在該試驗裝置中可以通過調(diào)節(jié)細(xì)鋼絲的加持位置，測出彈簧芯軸推出相應(yīng)長度的臨界轉(zhuǎn)速。

3.3 試驗數(shù)據(jù)的采集與處理

以KSP-120/200P無極繩卡軌車液壓制動牽引車為例，卡軌車的牽引速度為0～1.6 m/s，按照煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車技術(shù)條件《MT/T 590一1996》中第5.2.3.1中的規(guī)定，在運行速度超過額定速度30%時自動施閘，設(shè)定超速限定值為vmax=1.6×1.3=2.08 m/s，離心釋放器安裝在車輪上，通過增速齒輪將機車的直線速度轉(zhuǎn)換成離心釋放器的圓周速度，ωmax=340 r/min。

故根據(jù)上述設(shè)定值對離心限速器的觸發(fā)轉(zhuǎn)速進行測定，首先調(diào)節(jié)超速感應(yīng)裝置，即彈性鋼絲與離心限速器的距離，其設(shè)定方法如圖8所示。

圖8 彈簧芯軸的推出長度L的設(shè)定方法Fig.8 The setting method of the push-out length L of the spring mandrel

設(shè)定彈簧芯軸的推出長度L后，用螺釘將彈性鋼絲固定牢固。啟動直流調(diào)速電動機，緩緩加速，觀察離心釋放器的運轉(zhuǎn)情況，同時觀察數(shù)字式轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)速值，當(dāng)轉(zhuǎn)速表數(shù)值接近340 r/min時，緩慢加速，直到聽到彈簧芯軸與彈性鋼絲的輕微碰撞聲時，停止加速，讀出轉(zhuǎn)速表的示數(shù)ω，依次進行第2組、第3組試驗，試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 實驗數(shù)據(jù)表格Table 1 Experimental data table

通過對比表1的試驗數(shù)據(jù)，可以得出，找到臨界轉(zhuǎn)速下的彈簧芯軸較為準(zhǔn)確的推出長度L=2.0 mm。以此為例，可以通過更為精細(xì)地調(diào)整彈簧芯軸的推出長度，得出更為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速臨界值。

4 結(jié) 語

本文闡述了液壓制動牽引車離心釋放器試驗裝置的設(shè)計思路，建立了試驗裝置的三維模型，介紹了電機選型、電機箱體、皮帶輪傳動以及試驗底座等各主要部件的設(shè)計過程，在此基礎(chǔ)上闡述了離心釋放器試驗裝置組裝以及試驗數(shù)據(jù)的采集和處理。該離心釋放器試驗裝置試制完成后，已經(jīng)完成了2套液壓制動牽引車離心釋放器的測試檢驗工作，使用效果良好。