V形槽梁在脱挂索道上的设计优化改进

李越秀 温新婕 李培杰

北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007

0 引言

客运索道按照使用的抱索器形式分有固定抱索器客运索道和脱挂式抱索器客运索道。固定抱索器索道为了在站内便于上下乘客而被迫在站内外以低速度运行，因而带来线路车多，负荷大，运行时间长，运输能力也因速度低而受到限制，不能满足大运量的要求，脱挂式抱索器索道解决了这个问题，脱挂索道吊厢是用脱挂抱索器夹紧钢丝绳，由钢丝绳带动吊厢在线路上以高速运行。进站时脱挂抱索器通过站口安装的脱开挂接装置打开抱索器使吊厢与钢丝绳脱离，并通过抱索器上的行走轮在站内行走轨上运行，吊厢实现了在站内以低速运行方便乘客上下车，而在线路上又可以实现高速运行的目的。

脱挂索道的关键技术在于抱索器与钢丝绳的顺利脱开挂接，可靠性至关重要。加减速装置是其中最重要的环节之一，要求准确无误地使吊厢加减速，保证抱索器在挂接钢丝绳的瞬间抱索器与钢丝绳同步。

确定加减速装置的固定方式是一个关键环节。由于早期研发过程中采用的安装方式，不易保证安装精度，现场安装调试及日常维护工作量较大。经调研及多条脱挂索道线的实际使用，对其作出相应的改进设计，最终研制出V形槽梁结构，改善了索道运行平稳性，延长了相关机构寿命，降低了日常维护难度及工作量，在完善产品性能的同时，实现了较好的经济效益。

1 脱挂索道加减速装置的作用方式及设置情况

脱挂索道中加减速装置的作用方式为：吊厢从站外高速进站与钢丝绳脱开后，通过减速段使其逐渐减为站内的恒定低速，出站时通过加速段逐渐将吊厢速度增加至钢丝绳的运行速度，与钢丝绳挂接出站。

加减速装置的动力来源是通过取力装置从钢丝绳上获得固定转速后，通过多个与充气轮胎同轴的皮带轮及齿形V带一个皮带轮连接另一个皮带轮进行传递，不同直径的皮带轮使每个轮胎获得不同转速。调节轮胎高度，让轮胎给抱索器上的摩擦板产生一定压力，产生的摩擦力使轮胎带动抱索器上的摩擦板完成吊厢在站内的加减速运行。如果采用过小的加减速度，则虽可使游客乘坐舒适平稳，轮胎磨损小，但轮胎数量多，站房长，投资大。如果采用过大的加减速度，则会造成轮胎磨损大，轮胎与摩擦板之间易产生打滑且不同步等问题。为了保证实现顺利脱开挂接和进站后吊厢顺利开关门，在加减速段前后增加了一定数量的等速轮胎，一般钢丝绳速度为6 m/s时，直线段约为18 m长，轮胎约为40个左右。

2 加减速装置中V形槽梁的设计优化

为了保证吊厢在站内正常运行，皮带轮组的安装调节需要保证在一条直线上。这些皮带轮组之间没有安装张紧轮，可以提高皮带的传递效率和使用寿命，并可减小系统的转动惯量和结构质量，这串皮带轮组需要在一个长梁上滑动张紧。皮带轮所在的梁要保证皮带轮组滑动顺畅，由于梁的一侧是轮胎，另一侧是皮带轮，张紧皮带时会给结构带来扭转，且皮带轮侧比轮胎侧质量大，会给引起皮带轮组偏转，张紧皮带时保证所有皮带轮在一条直线而且皮带轮自身不能偏斜，保证皮带能正常工作。在吊厢通过时，摩擦板和轮胎之间的压力也会给梁带来扭转，梁的抗扭转和抗弯能力要尽可能加强。

最初在脱挂索道试验线采用了图1所示结构形式，经过试验发现，由于螺栓和方管梁之间存在为保证皮带轮组张紧滑动预留的间隙，造成在张紧皮带轮的过程中皮带轮组会发生偏转，很难将所有的皮带轮组调到一条直线上。由于加减速直线段有40个左右皮带轮组，张紧调节工作量很大，故在改进时采用图2所示结构形式。

图1 试验线结构形式示意图

如图2所示，在轴承座上增加了一个限位块，同时可在松开螺栓张紧滑动时起到导向作用。在这种安装结构中，在限位块与方管梁之间为保证皮带轮组张紧滑动预留有一定间隙，虽然间隙很小，但由于皮带轮侧比轮胎侧重，皮带张紧力产生在皮带轮侧，张紧后拧紧螺栓时则会造成皮带轮组偏转，根据《机械设计手册》[1]皮带安装要求中规定：传动装置中，各带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的V形槽的对称平面应重合，误差不得超过20′。这个偏转角度还会影响另一侧轮胎的直线度和偏斜度，造成轮胎与摩擦板接触偏斜，这将影响吊厢运行状态。所以，每次张紧皮带轮都要尽可能调整每一组皮带轮的直线度和偏斜度，并未解决试验线的皮带轮组张紧时的偏斜问题。

图2 改进后结构形式示意图

经调研发现国外同类索道在此处采用的结构形式是令固定件在哈芬槽里面滑动，如图3所示。

图3 国外同类索道采用的结构形式示意图

由于哈芬槽有间隙，即使有限位块，为了保证机构滑动顺畅，在导向槽和限位块之间也要留有间隙，并且哈芬槽与方管梁之间的焊接易产生较大变形，这些误差加重了皮带轮组张紧时的偏斜量，也会产生图3结构形式类似的问题，给现场的安装带来很大困难。

在第一条脱挂索道的基础上，通过有限元计算分析和研究，为保证合理的工艺性多次改进了设计，采用了V形槽梁安装方式解决了这个问题，并且进一步优化了V形槽梁截面，如图4所示。

图4所示槽梁是由2个双V形梁组合而成，2个梁通过上面的带有2个V形槽压板和下面的带有V形槽轴承座及2根螺栓固定，由于梁上有多个皮带轮组，所以压板和轴承座通过截面中4个V形槽紧紧将2个双V梁连接在了一起，相当于2个V形槽梁每隔一段距离有一个连接固定点，通过有限元分析，这种结构增强了V形槽梁的强度，能够承受当吊厢通过时通过轮胎给梁施加的上顶力。该截面的4个V形槽，上下能把2个梁紧密夹紧在一起，且随着螺栓拧紧力矩的增加，V形槽会使2个梁连接更加紧密，只要保证V形槽加工平直，左右能让皮带轮张紧时不能偏斜且滑动顺畅，给加减速皮带轮组的张紧和安装调节带来便利，提高了皮带的传动效率和使用寿命。保证多个轮胎在一条直线上而且不偏斜，吊厢的加减速度更加接近理论设计值，使抱索器与钢丝绳的脱开挂接更加顺利，保证了吊厢进出站的正常运行。

图4 V形槽梁结构形式示意图

为了进一步优化V形槽梁截面将2个V形槽梁去除了一部分，形状与槽钢类似，针对同样质量和截面同样宽度的V形槽梁，截面高度可以增加，这时梁的抗弯和抗扭转能力会有提高。如果采用相同截面尺寸，在新结构中去掉这部分还能在不影响整体强度性能的情况，减小结构质量。通过计算分析表明，这一改进让设计更加合理，承载能力及工艺性优势更加明显。V形槽梁用成型的模具制造能够保证批量生产，而且尺寸精度更容易控制。

3 结论

新型V形槽梁安装方式是脱挂索道设计的一个创新，给脱挂索道的安装调试带来便利，增强了加减速装置的承载均匀性，并且减小了皮带和轮胎的磨损，提高了皮带和轮胎的使用寿命，提高了加减速装置的传动效率，保证了抱索器与钢丝绳顺利地脱开挂接。结合试验线及多条脱挂索道的实际使用情况分析，该结构形式技术先进，工艺性好，稳妥可靠，具有较强的推广价值。