许延晖，王肖一
（河北煤炭科学研究院有限公司，河北 邢台 054000）
随着煤矿井下辅助运输设备的技术发展以及矿井安全生产意识的提高，对无极绳连续运输的牵引车运行速度提出了更高的要求，特别是超速冲击和断绳保护方面提出了严格要求，为此，加大对无极绳牵引车限速保护装置设计研究工作势在必行。无论是牵引车采用的是插爪制动还是抱轨制动，都需要在车体上配备限速装置，而机械式离心释放器是限速装置的关键零部件，以KSP-120/200P无极绳卡轨车液压制动牵引车为例，其牵引车上配备的离心释放器如图1所示。
图1 离心释放器的外形Fig.1 Shape of centrifugal releaser
离心释放器固定在牵引车上，从牵引车的车轮读取转数，当转速达到超速设定值时离心释放器触发液压球阀，液压系统失压后机车抱闸制动，实现牵引车的超速保护。
但以往在整车组装时，对于离心释放器往往缺乏必要检测手段，仅是通过装机后的放车试验判断离心释放器的有效性，存在安全隐患。为此，本文设计了一种便携式的离心释放器试验装置，能够较为准确测出离心释放器的触发转速。
离心释放器是在离心块的离心力和压缩弹簧的弹簧力共同作用下工作的，当机车的运行速度增大时，离心释放器的转速增大，离心块的离心力大于弹簧的弹力，弹簧芯轴被顶出，实现离心释放器的触发动作，故本文设计的试验装置需要满足3个功能特点，即提供转速且能调速的动力装置、触发感应装置和精准的测速装置，并且该试验装置要求具有便携式特点，便于现场使用。
根据上述要求，该离心释放器的试验装置技术方案设计如图2所示。动力装置1给离心释放器提供转速，通过带传动（包括大带轮2、三角带3和小带轮5），将转速传递给离心释放器4，增大转速到极限值时，触发超速感应装置6，期间测速装置8时时记录转速值，整个装置固定于便携式底座7上。
图2 试验装置方案设计Fig 2.Design of test device
下面对该离心释放器试验装置的动力装置、传动装置、测速及超速感应装置、装置底座等主要部件进行设计及选型。
2.1 动力装置的设计
离心释放器试验装置的动力装置要求能够为离心释放器提供合适的转速且调速方便。考虑到现场试验条件，选取220 V的可调速直流电机作为动力装置。为了方便移动，设计了一个电机封装盒，速度调节按钮及刻度盘固定于封装盒外侧，电机及封装盒外形如图3所示。
图3 电机及封装盒外形Fig.3 Shape of motor and packaging box
2.2 传动装置的设计
电机与离心释放器之间采用皮带传动的方式，为提高离心释放器的转速，采用增速带轮的设计方式，两带轮的速比为1∶2，带轮结构形式如图4所示。为便于调节带轮的平行位置，带轮与轴之间用紧定螺钉固定。
图4 大小带轮的结构形式Fig.4 Structures of pulleys
2.3 试验装置底座的设计
按照“电机—皮带—离心释放器”顺次连接的布置形式，本文设计了1个便携式的试验底座，该试验底座起到了固定架的作用，可以方便的将待测的离心释放器与电机连接牢固。试验底座是由12号槽钢、电机固定底座和离心释放器固定架3部分组成，其三维建模如图5所示。
图5 试验底座的三维建模Fig.5 3Dmodeling of test base
2.4 超速感应装置的设计
离心释放器转速达到临界值时，弹簧芯轴就会被离心块推出，但这个弹簧芯轴被弹出的瞬间不易捕捉。为了准确感应这一临界速度，设计了一个简易的超速感应装置。在离心释放器的固定架上加持1个具有弹性的细钢丝，如图6所示。当弹簧芯轴被推出时触碰细钢丝，细钢丝就会发出嗡鸣声，这个嗡鸣信号声即为超速感应效果，根据这个信号便可较为准确的记录此时的临界速度。
图6 数据采集装置的结构形式Fig.6 Structure of data acquisition device
3.1 试验装置的组装
将直流调速电机和离心释放器在试验底座上固定好后，用三角带将两带轮连接起来。接通220 V电源后，该装置即可启动，若出现运转不平稳，间歇性噪音等问题，适当调节紧定螺钉，确保两带轮的准确位置。装置调节好后，用数字式转速表测量小带轮转速，即为离心释放器的转速。离心释放器试验装置组装后的布置形式如图7所示。
图7 离心释放器试验装置的实物照片Fig.7 Physical photographs of centrifugal releaser test device
3.2 试验原理
离心释放器的离心块在高速旋转时产生离心力，由离心力公式F=mrω2可知，当离心块的质量m一定时，转速ω越大，转动半径r也越大，同时与之对应的弹簧力满足胡克定律F=kx，弹簧变形量x随着转动半径r相应变大，弹簧芯轴在弹簧力和离心块推力的双重作用下向外顶出，当顶出长度达到一定值时，触发超速急停机车上的超速急停装置。故弹簧芯轴的推出长度是一个与转速有关的量变积累过程，测量临界速度时必然要考虑。在该试验装置中可以通过调节细钢丝的加持位置，测出弹簧芯轴推出相应长度的临界转速。
3.3 试验数据的采集与处理
以KSP-120/200P无极绳卡轨车液压制动牵引车为例，卡轨车的牵引速度为0～1.6 m/s，按照煤炭行业标准煤矿井下钢丝绳牵引卡轨车技术条件《MT/T 590一1996》中第5.2.3.1中的规定，在运行速度超过额定速度30%时自动施闸，设定超速限定值为vmax=1.6×1.3=2.08 m/s，离心释放器安装在车轮上，通过增速齿轮将机车的直线速度转换成离心释放器的圆周速度，ωmax=340 r/min。
故根据上述设定值对离心限速器的触发转速进行测定，首先调节超速感应装置，即弹性钢丝与离心限速器的距离，其设定方法如图8所示。
图8 弹簧芯轴的推出长度L的设定方法Fig.8 The setting method of the push-out length L of the spring mandrel
设定弹簧芯轴的推出长度L后，用螺钉将弹性钢丝固定牢固。启动直流调速电动机，缓缓加速，观察离心释放器的运转情况，同时观察数字式转速表的转速值，当转速表数值接近340 r/min时，缓慢加速，直到听到弹簧芯轴与弹性钢丝的轻微碰撞声时，停止加速，读出转速表的示数ω，依次进行第2组、第3组试验，试验数据见表1。
表1 实验数据表格Table 1 Experimental data table
通过对比表1的试验数据，可以得出，找到临界转速下的弹簧芯轴较为准确的推出长度L=2.0 mm。以此为例，可以通过更为精细地调整弹簧芯轴的推出长度，得出更为准确的转速临界值。
本文阐述了液压制动牵引车离心释放器试验装置的设计思路，建立了试验装置的三维模型，介绍了电机选型、电机箱体、皮带轮传动以及试验底座等各主要部件的设计过程，在此基础上阐述了离心释放器试验装置组装以及试验数据的采集和处理。该离心释放器试验装置试制完成后，已经完成了2套液压制动牵引车离心释放器的测试检验工作，使用效果良好。
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