淺談客運索道彈簧部件的使用與維護

艾憲忠

（泰安市泰山索道運營中心 泰安 271000）

客運索道彈簧部件體積緊湊,蓄能作用大,大都配置在比較隱蔽的位置,日常檢查維護比較困難,只能在拆卸后進行檢查、保養或必要的檢測。結合多年來的使用維護經歷,從以下幾個方面對客運索道常用彈簧部件的使用維護進行論述和探討。

1 客運索道常用彈簧

1.1 扭桿彈簧

扭桿彈簧的特點主要是重量輕、結構簡單、占用空間小。缺點是要求材料精度高,端部加工比較困難煩瑣。一般采用熱軋彈簧鋼制造,材料具有良好的淬透性和加工性,經熱處理后硬度達到50 HRC左右,表面粗糙度Ra在0.63～1.25 μm范圍,材質為硅錳和鉻鎳合金鋼60Si2MnA以及45CrNiMoVA等[1]。扭桿彈簧最早用于汽車轉向系統,在客運索道的運用時間為2000年前后,逐步在DT 108/106抱索器上應用。

1.2 碟形彈簧

碟形彈簧是用專用金屬板材或鍛壓坯料而制作加工成的錐形截面的墊圈式彈簧。設計制造生產已經標準化,依照標準為GB/T 1972—2005《碟形彈簧》。碟形彈簧主要優點為剛度大,緩沖吸振能力強,能以小變形承受大載荷,適合于軸向空間要求小的場合。具有變剛度特性,可以通過適當選擇得到不同的特性曲線。其特性曲線可以呈直線型、漸增型、漸減型或是它們的組合,具有多種非線性特性。同其他彈簧部件相比,其缺點是需要高的制造精度來保障載荷偏差處于允許范圍內。通過用同樣的碟形彈簧采用不同的組合方式,能使彈簧特性在很大范圍內變化。可采用對合、疊合的組合方式,也可以采用復合的不同厚度、不同片數的組合方式[1]。在客運索道設備中主要用于抱索器、緊急制動閘系統（見圖1）。

圖1 使用碟形彈簧的緊急閘

1.3 螺旋彈簧

抱索器螺旋彈簧的特性曲線呈線性,剛度穩定,結構簡單,制造方便,應用較廣,在機械設備中大多用于緩沖、減振、儲能和控制運動等場合。該型號彈簧一般適用于熱卷,經噴丸處理的彈簧可以提高疲勞強度和壽命。該類型彈簧在客運索道設備中常用于抱索器（見圖2）、制動閘、支架托壓索輪組、脈沖輪機構等場合。

圖2 使用螺旋彈簧的脫掛抱索器

1.4 鋼板彈簧

鋼板彈簧一般采用厚度為10～14 mm的彈簧鋼板,材質為55Si2MnVB,主要用于各類交通車輛的懸掛裝置,能夠起到緩沖和減振的作用。該類型彈簧在客運索道設備中主要用于抱索器脫掛裝置中的抱索力檢測軌。通過位移傳感器測量抱索力檢測軌的形變量換算成抱索力。

1.5 壓力彈簧管

壓力彈簧管具有測壓范圍大、結構簡單、制造容易、性能可靠的特點。壓力彈簧管主要用作測量壓力,當管內的流體壓力P變化時,管的曲率發生變化,自由端產生位移。在客運索道設備中用于液壓張緊系統中的±5%和±10%壓力開關裝置（見圖3）。

圖3 壓力彈簧管工作原理圖

2 彈簧部件失效案例

2.1 扭桿彈簧斷裂

根據廠家實驗數據,扭桿彈簧能夠達到500萬次的疲勞實驗。泰山中天門索道改造于2000年,為國內第一條單線循環脫掛式8人吊廂索道, DT108型抱索器采用了新型扭桿彈簧。由于泰山中天門索道運行負荷較大,年平均客流在330萬人次左右,于2014年對全部46臺抱索器進行了更換,期間未發生扭桿斷裂現象。冬季氣溫較低時,抱索力普遍降低,對扭力桿彈簧、各軸系進行檢查潤滑保養后,抱索力明顯上升800～1 000 N左右[2]。另一典型案例是國內某索道于1998年初始運營,自2005年開始連續出現幾起扭桿彈簧斷裂現象（見圖4）。經過對斷裂彈簧的分析,判定彈簧斷裂原因為材質問題。該批彈簧存在嚴重的材料缺陷,缺陷造成應力集中,促使疲勞裂紋萌生和疲勞裂紋擴展,在裂紋擴展達到一定長度后,扭桿彈簧抗斷裂能力迅速下降,造成瞬間斷裂。

圖4 扭桿彈簧斷裂狀態

2.2 螺旋彈簧斷裂

抱索器螺旋彈簧位置相對隱蔽,日常檢查很難觀察到實際運行狀態,只有在全面拆解后,方可看到該彈簧的全面情況。在運行10年后,國內該型號的多條索道的抱索器圓形截面圓柱螺旋壓縮彈簧相繼出現了斷裂現象（見圖5）,慶幸的是該類型彈簧有彈簧導槽的限制,斷口處未完全脫開,抱索力沒有明顯下降,否則在線路運轉過程中斷開的2節彈簧脫開,后果將不堪設想。

圖5 圓柱螺旋彈簧斷裂狀態

2.3 壓力彈簧管損壞

國內某索道運行10年內,壓力彈簧管頻繁損壞,致使更換多套壓力開關裝置,一直查找不出具體的故障原因。后根據故障分析認為,首先該索道線路高差較大,客流量比較集中,運行過程中張緊系統沖擊壓力較大；其次張緊液壓系統安全閥壓力設置過高。因此要按保養手冊要求測試張緊液壓系統的各部壓力設定值,發現異常及時給予調整設定。

2.4 抱索力檢測裂紋

2017年6月,機電人員在排查抱索力異常故障時發現抱索力測試軌出現裂紋（見圖6）,隨即對整套脫掛軌系統進行了更換。由于之前備好了整套備件,為快速處置該故障提供了強有力的備件支撐,因此沒有造成不良影響和經濟損失。所以根據此次故障的應急處置經歷,建議同行們在整套更新脫掛抱索器的同時,將整套脫掛軌或抱索力測試軌（分體式）進行同步更新,從而提升索道設備的本質安全性能。

圖6 抱索力檢測軌裂紋

2.5 碟形彈簧變形

一般碟形彈簧的設計使用壽命不低于100 000次,載荷冗余量大,相對性能比較穩定,到目前為止還沒有發現客運索道碟形彈簧在運行中損壞的案例。但由于碟形彈簧在抱索器和緊急制動閘中的日常工作狀態為受力狀態,久而久之會造成碟形彈簧的塑形變形。以緊急制動閘為例,碟形彈簧組H值直接反映彈簧的塑形變形情況,所以在檢查測量時重點關注碟形彈簧H值的變化情況；同時參考制動測試時的制動時間和制動距離數據是否在規定值內,否則要結合制動片的間隙與厚度,對碟形彈簧H值進行精確調整。

3 彈簧部件的維護保養及檢測

3.1 目測檢查

使用高倍數放大鏡目測各彈簧部件的防腐層狀態、異常變形情況、彈簧外觀有無裂紋等情況；使用量具測量彈簧組H值變化情況,同原始數據進行比對,如差值超標則表明彈簧部件存在一定程度的塑形變形或損壞情況。

3.2 維護保養和檢測

對摩擦和貼合部位使用潤滑脂進行防腐[3],彈簧外部一般采用防腐涂料。當前,TSG S7001—2013《客運索道監督檢驗和定期檢驗規則》要求需進行強制檢測的是涉及抱索器使用的各類彈簧,如碟形彈簧、圓形截面圓柱螺旋壓縮彈簧、扭桿彈簧[4]。經過以上檢測手段發現異常后必須及時更新,可使用無損探傷對彈簧部件進行檢測,主要有著色探傷、磁粉探傷、超聲波探傷、厚度檢測等方法。

4 結束語

綜上所述,各類彈簧部件的作用非常關鍵,可以說各類彈簧部件的使用及運行情況直接關系整條索道的安全運行狀態。通過學習研究各類彈簧部件的類型、性能、使用場合,強化和豐富維護保養以及檢測手段,適時儲備必要的彈簧備件,及時發現各類故障隱患并妥善處置[5],以保證各類彈簧部件始終處于良好的運行狀態。