浅谈客运索道弹簧部件的使用与维护

艾宪忠

（泰安市泰山索道运营中心 泰安 271000）

客运索道弹簧部件体积紧凑,蓄能作用大,大都配置在比较隐蔽的位置,日常检查维护比较困难,只能在拆卸后进行检查、保养或必要的检测。结合多年来的使用维护经历,从以下几个方面对客运索道常用弹簧部件的使用维护进行论述和探讨。

1 客运索道常用弹簧

1.1 扭杆弹簧

扭杆弹簧的特点主要是重量轻、结构简单、占用空间小。缺点是要求材料精度高,端部加工比较困难烦琐。一般采用热轧弹簧钢制造,材料具有良好的淬透性和加工性,经热处理后硬度达到50 HRC左右,表面粗糙度Ra在0.63～1.25 μm范围,材质为硅锰和铬镍合金钢60Si2MnA以及45CrNiMoVA等[1]。扭杆弹簧最早用于汽车转向系统,在客运索道的运用时间为2000年前后,逐步在DT 108/106抱索器上应用。

1.2 碟形弹簧

碟形弹簧是用专用金属板材或锻压坯料而制作加工成的锥形截面的垫圈式弹簧。设计制造生产已经标准化,依照标准为GB/T 1972—2005《碟形弹簧》。碟形弹簧主要优点为刚度大,缓冲吸振能力强,能以小变形承受大载荷,适合于轴向空间要求小的场合。具有变刚度特性,可以通过适当选择得到不同的特性曲线。其特性曲线可以呈直线型、渐增型、渐减型或是它们的组合,具有多种非线性特性。同其他弹簧部件相比,其缺点是需要高的制造精度来保障载荷偏差处于允许范围内。通过用同样的碟形弹簧采用不同的组合方式,能使弹簧特性在很大范围内变化。可采用对合、叠合的组合方式,也可以采用复合的不同厚度、不同片数的组合方式[1]。在客运索道设备中主要用于抱索器、紧急制动闸系统（见图1）。

图1 使用碟形弹簧的紧急闸

1.3 螺旋弹簧

抱索器螺旋弹簧的特性曲线呈线性,刚度稳定,结构简单,制造方便,应用较广,在机械设备中大多用于缓冲、减振、储能和控制运动等场合。该型号弹簧一般适用于热卷,经喷丸处理的弹簧可以提高疲劳强度和寿命。该类型弹簧在客运索道设备中常用于抱索器（见图2）、制动闸、支架托压索轮组、脉冲轮机构等场合。

图2 使用螺旋弹簧的脱挂抱索器

1.4 钢板弹簧

钢板弹簧一般采用厚度为10～14 mm的弹簧钢板,材质为55Si2MnVB,主要用于各类交通车辆的悬挂装置,能够起到缓冲和减振的作用。该类型弹簧在客运索道设备中主要用于抱索器脱挂装置中的抱索力检测轨。通过位移传感器测量抱索力检测轨的形变量换算成抱索力。

1.5 压力弹簧管

压力弹簧管具有测压范围大、结构简单、制造容易、性能可靠的特点。压力弹簧管主要用作测量压力,当管内的流体压力P变化时,管的曲率发生变化,自由端产生位移。在客运索道设备中用于液压张紧系统中的±5%和±10%压力开关装置（见图3）。

图3 压力弹簧管工作原理图

2 弹簧部件失效案例

2.1 扭杆弹簧断裂

根据厂家实验数据,扭杆弹簧能够达到500万次的疲劳实验。泰山中天门索道改造于2000年,为国内第一条单线循环脱挂式8人吊厢索道, DT108型抱索器采用了新型扭杆弹簧。由于泰山中天门索道运行负荷较大,年平均客流在330万人次左右,于2014年对全部46台抱索器进行了更换,期间未发生扭杆断裂现象。冬季气温较低时,抱索力普遍降低,对扭力杆弹簧、各轴系进行检查润滑保养后,抱索力明显上升800～1 000 N左右[2]。另一典型案例是国内某索道于1998年初始运营,自2005年开始连续出现几起扭杆弹簧断裂现象（见图4）。经过对断裂弹簧的分析,判定弹簧断裂原因为材质问题。该批弹簧存在严重的材料缺陷,缺陷造成应力集中,促使疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展,在裂纹扩展达到一定长度后,扭杆弹簧抗断裂能力迅速下降,造成瞬间断裂。

图4 扭杆弹簧断裂状态

2.2 螺旋弹簧断裂

抱索器螺旋弹簧位置相对隐蔽,日常检查很难观察到实际运行状态,只有在全面拆解后,方可看到该弹簧的全面情况。在运行10年后,国内该型号的多条索道的抱索器圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧相继出现了断裂现象（见图5）,庆幸的是该类型弹簧有弹簧导槽的限制,断口处未完全脱开,抱索力没有明显下降,否则在线路运转过程中断开的2节弹簧脱开,后果将不堪设想。

图5 圆柱螺旋弹簧断裂状态

2.3 压力弹簧管损坏

国内某索道运行10年内,压力弹簧管频繁损坏,致使更换多套压力开关装置,一直查找不出具体的故障原因。后根据故障分析认为,首先该索道线路高差较大,客流量比较集中,运行过程中张紧系统冲击压力较大；其次张紧液压系统安全阀压力设置过高。因此要按保养手册要求测试张紧液压系统的各部压力设定值,发现异常及时给予调整设定。

2.4 抱索力检测裂纹

2017年6月,机电人员在排查抱索力异常故障时发现抱索力测试轨出现裂纹（见图6）,随即对整套脱挂轨系统进行了更换。由于之前备好了整套备件,为快速处置该故障提供了强有力的备件支撑,因此没有造成不良影响和经济损失。所以根据此次故障的应急处置经历,建议同行们在整套更新脱挂抱索器的同时,将整套脱挂轨或抱索力测试轨（分体式）进行同步更新,从而提升索道设备的本质安全性能。

图6 抱索力检测轨裂纹

2.5 碟形弹簧变形

一般碟形弹簧的设计使用寿命不低于100 000次,载荷冗余量大,相对性能比较稳定,到目前为止还没有发现客运索道碟形弹簧在运行中损坏的案例。但由于碟形弹簧在抱索器和紧急制动闸中的日常工作状态为受力状态,久而久之会造成碟形弹簧的塑形变形。以紧急制动闸为例,碟形弹簧组H值直接反映弹簧的塑形变形情况,所以在检查测量时重点关注碟形弹簧H值的变化情况；同时参考制动测试时的制动时间和制动距离数据是否在规定值内,否则要结合制动片的间隙与厚度,对碟形弹簧H值进行精确调整。

3 弹簧部件的维护保养及检测

3.1 目测检查

使用高倍数放大镜目测各弹簧部件的防腐层状态、异常变形情况、弹簧外观有无裂纹等情况；使用量具测量弹簧组H值变化情况,同原始数据进行比对,如差值超标则表明弹簧部件存在一定程度的塑形变形或损坏情况。

3.2 维护保养和检测

对摩擦和贴合部位使用润滑脂进行防腐[3],弹簧外部一般采用防腐涂料。当前,TSG S7001—2013《客运索道监督检验和定期检验规则》要求需进行强制检测的是涉及抱索器使用的各类弹簧,如碟形弹簧、圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧、扭杆弹簧[4]。经过以上检测手段发现异常后必须及时更新,可使用无损探伤对弹簧部件进行检测,主要有着色探伤、磁粉探伤、超声波探伤、厚度检测等方法。

4 结束语

综上所述,各类弹簧部件的作用非常关键,可以说各类弹簧部件的使用及运行情况直接关系整条索道的安全运行状态。通过学习研究各类弹簧部件的类型、性能、使用场合,强化和丰富维护保养以及检测手段,适时储备必要的弹簧备件,及时发现各类故障隐患并妥善处置[5],以保证各类弹簧部件始终处于良好的运行状态。