渐开线形制动力矩测量装置的研制

　　矿井提升机是联系井上与井下的主要途径，素有矿井“咽喉”之称，它的安全可靠运行直接关系到矿工的生命安全和矿井的安全生产，制动器是保证矿井提升机安全运行的关键部件，提升机能不能制动住和制动的效果如何，由制动器制动力矩的大小决定。制动力矩是提升机制动器的关键性能参数之一，《煤矿安全规程》[1] 中第 432 条规定：提升绞车的常用闸和保险闸制动时，所产生的力矩和实际提升最大静荷重旋转力矩之比 k 值不得小于 3。按规定制动力矩需要一年进行一次技术测定，因制动器的碟簧更换、闸间隙调整、闸盘被油污染等都会引起制动力矩变化，使制动力矩小于 3 倍的静荷重旋转力矩，常导致提升机制动失灵事故。例如 2009 年 10 月 8 日 9 时，湖南闪星锑业公司南矿主提升井发生罐笼坠落事故，当罐笼下行到离底部还有 60 m 高时，突然制动失灵导致飞车，当时罐笼内有 31 人随罐笼坠入井下，造成 26 人死亡，5 人重伤。虽然造成制动力矩不能满足要求的原因很多，若能经常测量它，就可避免因制动力矩不足导致的提升机制动失灵事故。现用测量制动力矩的装置安装和操作不方便，不能满足使用现场经常测量制动力矩的要求，笔者介绍一种新研制的渐开线形制动力矩测量装置，具有操作方便、测量精度高的特点。

　　1　制动力矩的测量分析

　　技术测定中现用的是倒链作为驱动力测量制动力矩的装置[2-3]，如图 1 所示。将固定在被制动的工作机圆盘 1 上的钢丝绳 2 通过拉力传感器 3 与倒链 4相连接。提升机盘形制动闸为 4 ~ 12 对，对盘形闸进行逐对测定。使被测试的一对盘形闸处于制动状态，将其余盘形闸全部敞开。测量过程是将被制动的工作机圆盘 1 转到 OA 与钢丝绳 2 垂直的位置，逐渐拉紧倒链 4 直至被制动的工作机圆盘 1 开始转动，测量被制动的工作机圆盘 1 开始转动瞬间时拉力传感器 3 数值，拉力乘以测量半径为制动力矩，该对盘形闸测试完毕。因钢丝绳 2 拉动被制动的工作机圆盘 1 转过了一定角度，使得 OA 与钢丝绳之间夹角由直角变成了钝角。在测试下一对盘形闸时，先将被制动的工作机圆盘 1 反转到 OA 与钢丝绳 2 垂直位置，再按上述过程测试。每继续测量下一对盘形闸时，使被制动的工作机圆盘 1 回转到钢丝绳 2 与力臂 OA 垂直的准确位置所花的时间较长，而且垂直度低，导致测量精度低。由此得出倒链作为驱动力测量制动力矩的装置操作不方便，不能满足现场经常测量制动力矩的要求。

　　是否可找出每继续测量下一对盘形闸时，被制动的工作机圆盘 1 不用倒转仍可使力臂 OA 与钢丝绳2 垂直，由此联想到一对渐开线齿轮啮合原理，过啮合点所做的齿廓的公法线，根据渐开线的特性可知，公法线必同时与两轮的基圆相切，两基圆同侧的内公切线只有一条。一对渐开线齿廓从开始啮合到脱离接触，所有啮合点均在公法线上，这就说明公法线、内公切线和啮合线共线，是一条方向不变的定直线。在齿轮传动过程中，两啮合齿廓间的力始终沿啮合线方向。若设计一对渐开线齿轮传动，一个连接在被制动的工作机圆盘 1 上，另一个连接在地面上，地面上的齿轮为主动轮，推动被制动的工作机圆盘 1 转动，推力方向不变，力矩等于推力与被制动的工作机圆盘1 上齿轮基圆半径的乘积，只要测出推力即可得到力矩。但连接在地面上的齿轮安装麻烦，若把齿轮变为齿条将避免安装齿轮的一些不便，所以设计中采用千斤顶作为齿条。