架空乘人装置制动力测试方法的优化分析

方 超，皮 婷，蒋京名

（1.湖南有色冶金劳动保护研究院有限责任公司，湖南 长沙 410004；2.湖南电科院检测集团有限公司，湖南 湘乡 411400）

随着《淘汰落后安全技术工艺、设备目录（2016年）》的正式发布，普通轨叉爪式斜井人车和普通轨抱轨式斜井人车即将逐步退出历史舞台，而具有运行安全可靠、人员上下方便、操作简单、输送效率高、一次性投资低等众多优势的架空乘人装置成为了目前现代化矿山斜井人员运输设备的主要选择［1-2］。架空乘人装置安全、稳定、可靠地运行是矿山安全生产工作的前提条件，要保证架空乘人装置安全、稳定、可靠地运行，除了需要矿方工作人员的日常维护保养和检查检修外，具有相关资质的第三方检测检验机构每年的定期检测检验也是必不可少的，每年定期全面的、深入的体检，能够发现装置存在的潜在安全隐患，进而提醒矿方及时消除隐患，确保乘坐人员的安全，保障矿方正常安全生产［3-4］。检验检测的方式、方法和相关辅助装置的选择对检测的结果有着直接的影响，科学合理的检测方法和便捷可靠的辅助装置是顺利完成架空乘人装置定期检验检测的基本保障。

1 架空乘人装置的应用背景及工作原理

1.1 应用背景

我国地大物博，是矿产资源富饶的国家，地下蕴藏着大量用于国防、军工、芯片等高科技行业不可或缺的重要战略资源。新中国成立后，矿山行业顺应历史时代潮流迅速崛起，成为了当时国家经济的中流砥柱。而今，矿山企业依旧做出了不可磨灭的贡献。我国的矿山多为地下斜井开采，正因为如此，架空乘人装置（俗称“猴车”）孕育而生。

1.2 工作原理

架空乘人装置作为输送人员的主要设备之一，目前广泛应用于斜井开采的地下矿山。其机头和机尾分别安装在“始发地”和“目的地”所在的不同中段，主要通过驱动电动机的转动将动力传递到与其直接连接的减速机上，通过减速机的齿比变速后，将动力传递到与减速机直接相连的驱动轮（也叫“首轮”，安装在机头位置）上，使得驱动轮在设定的速度下旋转。驱动轮和从动轮（也叫“尾轮”，安装在机尾位置）的轮槽内缠上同一根牵引钢丝绳，通过牵引钢丝绳将两轮连接起来，牵引钢丝绳在从动轮所在中段通过重锤的重力作用将其张紧，使其与两轮之间无相对滑动。架空乘人装置的吊椅通过抱索器与牵引钢丝绳牢固连接，驱动轮旋转通过牵引钢丝绳带动从动轮旋转从而实现运输人员的目的。斜井架空乘人装置的安装形式如图1所示。

图1 架空乘人装置的安装形式示意图

机头部位有两套制动器，分别是位于驱动电动机和减速机之间的工作制动器和位于驱动轮轮边的安全制动器（即：驱动轮的轮边制动器）。工作制动器主要用于制动驱动电动机和减速机的连接轴的转动；安全制动器主要用于制动驱动轮的转动；两套制动器都能使装置实现可靠停车。机头部位的结构如图2所示。

图2 机头部位的结构示意图

2 现有的制动力测试方法和存在的问题

2.1 现有的制动力测试方法

在确保架空乘人装置上无乘坐人员后，关闭装置，使其停止运行，让工作制动器和安全制动器都处于刹车状态。

按照《煤矿用架空乘人装置安全检验规范》（AQ 1038—2007）的规定连接好试验所需的各项装置，具体试验方式如下：

取直径大小和长度合适的测试钢丝绳一根，一端与牵引钢丝绳（架空乘人装置驱动轮位置的一段牵引钢丝绳）牢固连接，另一端与测力装置的一端连接，测力装置的另一端与手动葫芦连接（手动葫芦与某一固定受拉件牢固连接）。用手动葫芦将测试钢丝绳拉紧，直至制动器与驱动轮之间打滑时（制动器与驱动轮发生相对滑动），读取测力装置上的读数。现有的测试方法如图3所示。

现有的制动力检测所需要的辅助工具有测试钢丝绳、合适的钢丝绳U型夹、手动葫芦、活动扳手等。试验前先将测试钢丝绳和驱动轮附近的一段牵引钢丝绳放入钢丝绳U型夹内，通过旋紧钢丝绳U型夹的螺母使其压板对测试钢丝绳和牵引钢丝绳产生强大的压力，使两绳之间通过摩擦力牢固固定，从而不发生相对滑动，其作用是提供试验所需的受力点，使手动葫芦加载的拉力能作用到驱动轮上，使驱动轮在外力作用下转动。钢丝绳U型夹和测试钢丝绳的安装方式如图4所示。

图4 钢丝绳U型夹和测试钢丝绳的安装方式示意图

2.2 现有测试方法存在的问题

架空乘人装置的制动过程是通过工作制动器和安全制动器两套制动器来完成。工作制动器是通过制动电动机和减速机连接轴的转动来完成制动；安全制动器是通过直接制动驱动轮的转动来完成制动。两套制动器具体制动形式如图5所示。

图5 两套制动器制动形式示意图

1.两套制动器双重制动能起到双重保护作用，两套制动器的制动力测试应该单独分开进行试验（即：关闭其中一个制动器打开另外一个制动器进行制动力测试，直到每个制动器都测试完成），工作制动器和安全制动器应分别满足相关的技术要求。而现有的测试方法只测试了安全制动和工作制动同时制动时的制动力。

2.通过大量现场试验操作发现，按照现有的测试方法完成测试后架空乘人装置驱动轮附近的那段牵引钢丝绳都会在U型夹的螺母和压板的强大夹紧力下，与测试钢丝绳相互挤压和摩擦留下伤痕，这增加了牵引钢丝绳的断丝风险，而钢丝绳的断丝情况又是判定钢丝绳是否合格的重要技术指标，该试验方法具有一定的破坏性，会对牵引钢丝绳产生不可逆的损伤，从而增加了架空乘人装置事故的风险。

3.现有的测试方法很难保证手动葫芦输出的拉力能作用到驱动轮的切线方向（实际存在一定的夹角），在做安全制动器制动力测试试验时，产生的力臂与实际安全制动器制动时产生的力臂存在一定的误差，会导致试验数据与实际数据的误差较大。

3 优化后的制动力测试方法和优势

3.1 优化后的制动力测试方法

首先在制动力测试前，先单独闭合工作制动器或安全制动器，使未参与测试的另外一组制动器不制动，分别单独测试两组制动器的制动力，两组试验的操作过程相同，具体如下：

取自制的专用于架空乘人装置制动力测试的辅助工装（以下简称“自制辅助工装”）安装于驱动轮上（具体安装形式如图6所示），测力装置的一端与自制辅助工装牢固连接，另一端与手动葫芦连接，手动葫芦固定在现场某一固定受拉件上。用手动葫芦拉自制辅助工装，直至制动器打滑时，读取测力装置上的读数。优化后的试验方法如图7所示。

图6 自制辅助工装的安装形式示意图

图7 优化后的测试方法示意图

自制辅助工装，由一块开孔的圆弧板、一块开孔的长方形板、两颗带螺母的螺钉和一个U型螺杆搭配两个螺母组成。按如图6所示方式组装到驱动轮上，使得测力装置和手动葫芦的拉力方向与驱动轮外缘相切。

U型螺杆，将驱动轮的轮辐固定到圆弧板上，轮辐紧贴U型螺杆的内壁。工装上的A、B、C三点形成一个受力的三角形，将自制辅助工装牢固的固定到驱动轮上，并与之成为一个整体。测力装置一端与自制辅助工装连接，一端与手动葫芦连接，用手动葫芦拉自制辅助工装，直至制动器打滑时，读取测力装置上的读数。

3.2 优化后测试方法的优势

分别单独测试工作制动器和安全制动器，有利于更加全面、准确地把握架空乘人装的制动性能，有利于更加精准地找出每套制动器存在的问题，为架空乘人装置的维护保养指明了方向。

自制辅助工装的结构取代了用钢丝绳U型夹来固定测试钢丝绳和牵引钢丝绳作为着力点的方式，避免了牵引钢丝绳因挤压和摩擦导致的断丝风险。

自制辅助工装可使手动葫芦的拉力通过测力装置始终作用在驱动轮的切线方向。在做安全制动器的制动力试验时，保证了试验的力臂和安全制动器制动时的力臂大小一致，测试的结果更准确。

4 结语

架空乘人装置制动力的合格与否关系到矿方能否正常进行安全生产活动和井下作业人员的生命安全是否能得到可靠的保障。制动力试验是每年必须要重点检测的项目。通过对矿山现场工作环境和设备的观察，对现有检测方法的深入剖析，结合自身的工作经验，发现现有检测方法和测试辅助装置的不足，并提出了改进建议，优化了现有的检测方法和辅助工装，更好地保证了架空乘人装置制动力测试结果的准确性和牵引钢丝绳的安全性。