客运架空索道的制动方式

吕月月 张恒宇 孙安国 闫登华 刘 佳

北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007

0 引言

客运架空索道是利用架空绳索支承和载人工具运送乘客的一种机械运输设备，是在复杂地形条件下运送乘客的一种最优运输方式[1]。作为一种特种设备，客运索道一旦发生事故，将造成严重的人员伤亡和财产损失，社会影响恶劣。索道制动器是保障索道安全运行的重要安全装置，实现索道的停车、保持以及减速动作。

1 客运架空索道的制动方式

为使架空客运索道的运行更加安全可靠，索道应设置两套制动器：工作制动器和紧急制动器。2种制动器都属于机械摩擦式制动器，以摩擦阻力作为制动力使索道停止运转。

工作制动器又被称为高速制动器，安装在高速制动盘上。工作制动器的作用主要有：

1）停车 按下控制面板上的停车按钮或接收到系统发出的停车信号之后，实现索道停车；

2）保持 使索道停车之后保持静止状态；

3）减速 用救援驱动系统手动操纵索道工作过程中，对索道速度进行调节。工作制动器制动力矩的85%应仍大于负载端转矩。

如图1所示，紧急制动器又被称为低速制动器，安装在驱动轮轮缘处。紧急制动器的作用主要有：

图1 紧急制动器

1）停车 按下控制面板上的紧急停车按钮后、系统发出紧急停车信号后或紧急制动器手动阀动作时，都可实现索道停车；

2）保持 使索道停车之后保持静止状态。紧急制动器制动力矩的85%应仍大于系统最大扭矩。

依据控制形式不同，可将客运架空索道的制动方式分为3种：工作制动、安全制动、紧急制动，这3种制动方式的制动加速度大小及功能如表1所示。制动加速度：工作制动＜安全制动＜紧急制动，使用频率：工作制动＞安全制动＞紧急制动。

表1 索道制动方式

2种制动器的制动原则为：工作制动器与紧急制动器在结构上相互独立，互不干涉；在功能上相互配合，以实现索道的安全有效制动。其中，正常停车和安全停车通过工作制动器实现，紧急停车通过工作制动器和紧急制动器配合使用来实现索道停车。紧急停车过程中，工作制动器和紧急制动器的落闸顺序如表2所示[2]。

表2 紧急停车制动器落闸顺序

2 制动力的传递与计算

制动力通过驱动轮以摩擦力的形式传递给运载索。根据欧拉方程可以看出，传递的制动力大小受以下几个因素的影响

式中：S2为基本张力，μ为钢丝绳与轮衬摩擦系数，α为围包角。

其中，μ随轮衬表面压力的增大而减小，故传递制动力的大小也取决于驱动轮直径、驱动轮槽形以及钢丝绳结构等因素。

上站基本张力＝下站基本张力+垂直张力，可以看出驱动装置放置在上站比驱动装置放置在下站对制动力的传递更有利，但由于安装方便、供电便利等原因有时也将驱动装置放在下站。

增大钢丝绳与轮衬摩擦系数μ以及围包角α都有利于制动力有效地传递给钢丝绳。对于摩擦系数μ，选择正确的轮衬材料以及适当减少钢丝绳上润滑脂的使用量都可以增大摩擦系数。此外，对于架设在易结冰地区的客运架空索道应正确安装除冰器，以防止结冰导致摩擦系数降低。围包角α一般为150°～180°，若继续增大会使钢丝绳绕过多个大轮，结构将更复杂，钢丝绳所受的弯曲张力也大大增加，应该尽量避免这种做法。

制动功率Pb的大小可以通过索道匀速运动的功率以及索道的惯性功率求得

式中：PV为索道匀速运动的功率，F为驱动轮张力差；V为索道匀速运行速度，PJ为索道的惯性功率，T为索道启动的惯性矩，ω为索道运行的角速度。

3 制动方法优化措施

架空客运索道的制动既要响应迅速，同时加速度不能太快，否则会产生很大的冲击。这就要求制动加速度必须保持在一定范围内，GB 12352—2018《客运架空索道安全规范》中对不同类型索道的制动加速度做出了相应规定[3]。

索道制动时所需的制动力大小与系统惯性力有关，而不同工况下系统惯性力的大小是不同的，这导致了不同工况下制动加速度数值存在差异。为使每个工况下制动加速度的大小均满足，GB 12352—2018《客运架空索道安全规范》中的要求，需要对制动方法进行优化。

目前，制动方法优化措施有：制动器液压系统二次制动、节流阀节流控制、液压单元模块化调节等[4]。

3.1 制动器液压系统二次制动

液压站泄油时制动器抱闸制动，图2为制动器液压系统二次制动过程。当液压缸泄油时，电磁铁1CT首先得电换向，此时压力油经过换向阀11a和溢流阀7b回油箱。在这个过程中，7b相当于一个背压阀，通过设置7b的压力值来控制制动力的大小。此时G1、G2没有完全泄压，故制动力只有一部分作用在制动面上，制动加速度比较小。设置的延时结束之后，电磁铁2CT得电换向，压力油通过换向阀12直接回油箱，液压缸实现完全泄油。此时制动力完全作用在制动面上，制动加速度增大。液压系统二次制动过程中制动压力逐次增大，使制动过程更加平稳，是一种简单实用的控制方法。

图2 液压系统二次制动过程

3.2 节流阀节流控制

单向节流阀（17a、17b、17c、17d）可以通过控制液压油流量来实现对制动力大小的控制，节流阀可以单独进行控制，也可以与二次制动过程配合使用，使制动效果更为理想。

3.3 液压单元模块化调节

液压单元模块化调节有2种情况：1）2个制动器分别采用2个相互独立的相同液压单元进行控制；2）紧急制动器采用液压单元进行控制，工作制动器采用PLC进行控制。

图3为上述情况①制动时液压单元中液压油的流动情况。由于此时工作制动器和紧急制动器液压控制单元完全相同，且紧急制动器使用频率很低，所以仅对工作制动器的液压控制单元进行介绍。系统发出工作制动信号之后，隔离阀16打开，液压缸开始泄油，制动器压力逐渐下降至传感器14显示的接触压力。

图3 调节制动

第一次泄压完成之后，工作制动器继续按照系统预先设定的减速曲线进行动作。控制阀11、12交替开启、关闭，对液压单元中的压力进行调节，使制动器根据需要的力度抱闸制动。同时方向控制阀12、13得电，液压油可通过方向控制阀11流入油箱，完成整个制动过程。

图4为液压单元对紧急制动器进行控制的情况。系统发出紧急制动信号，方向控制阀10、12、13失电，方向控制阀11得电，液压油全部流回油箱，制动器抱闸制动。

图4 紧急制动

4 结语

随着旅游业的发展，客运架空索道的建设规模越来越大。在客运架空索道的运行中，安全平稳制动是至关重要的一环。安全制动通过工作制动器和紧急制动器配合作用来实现，工作制动器和紧急制动器在结构上各自独立，在功能上相辅相成。

制动力以摩擦力的形式传递到钢丝绳上，传递的效率取决于基本张力、钢丝绳与轮衬摩擦系数、围包角，同时也间接受驱动轮直径、驱动轮槽形、钢丝绳结构的影响。驱动装置放置在上站对制动力的传递更为有利，同样的，增大钢丝绳与轮衬摩擦系数以及围包角也有利于制动力的传递。但是，增大围包角会使结构变得复杂，也会缩短钢丝绳的寿命，所以增大围包角这种做法不可取。

为使不同工况下的制动加速度均满足要求，对制动方法进行了优化改进。每个优化措施都各有利弊，可根据实际情况选择恰当的优化方法。