曲承成 耿青武

東芝電梯（中國）有限公司 遼寧沈陽 110168

在當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展之中，商場、車站、酒店等公共場所都設(shè)置了自動扶梯。作為主要的人群承載設(shè)備，自動扶梯的運(yùn)行安全至關(guān)重要。在自動扶梯之中，最主要的結(jié)構(gòu)就是金屬結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)對自動扶梯的運(yùn)行安全起到關(guān)鍵性的作用。因此，要想保障自動扶梯的安全運(yùn)行，就應(yīng)該保障其金屬結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。

1 自動扶梯金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析

在對提升高度是6米到10米的方管型以及角鋼型自動扶梯金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計算之中可以發(fā)現(xiàn)，在自動扶梯的金屬結(jié)構(gòu)之中，桿件最大的應(yīng)力并不在傾斜一段中間的位置，而是在其上下的水平段以及傾斜段臨近連接位置的桿件上。之所以會出現(xiàn)這樣的情況，是因?yàn)樽詣臃鎏萦兄问降男问浇Y(jié)構(gòu)，也就是說，在自動扶梯的傾斜狀態(tài)之下，其金屬結(jié)構(gòu)整體會比水平放置的情況下有著更大的抗彎模量。在研究過程中，筆者通過一組試驗(yàn)來對其進(jìn)行對比，將一個金屬結(jié)構(gòu)水平放置，另一個金屬結(jié)構(gòu)傾斜放置，傾斜角為30度，在這兩個結(jié)構(gòu)相同的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)位置上施加一個20000N的負(fù)荷，這個負(fù)荷力的方向都是垂直向下，并保障兩個結(jié)構(gòu)有著相同的邊界約束。經(jīng)過計算可以發(fā)現(xiàn)，在水平放置的金屬結(jié)構(gòu)之中，主弦桿上的應(yīng)力最大，可以達(dá)到14.5MPa，而在傾斜放置的金屬機(jī)構(gòu)之中，下主弦桿上的最大應(yīng)力僅僅為12.6MPa，由此可以看出，傾斜的機(jī)構(gòu)可以讓桿件所受的應(yīng)力得以有效改善[1]。

同時，在本次的研究之中，筆者選取了同樣高度和同樣界面的方管型金屬結(jié)構(gòu)和角鋼型金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在負(fù)載作用相同的情況下，方管型桿件的應(yīng)力會比角鋼型的桿件應(yīng)力小。將同樣的負(fù)荷施加在高度相同，方管型橫截面是60mm×5mm、角鋼型橫截面是80mm×8mm的兩種金屬結(jié)構(gòu)之中，發(fā)現(xiàn)前者的應(yīng)力明顯高于后者。因此，如果實(shí)際的應(yīng)用場合需要較高的承載能力，則應(yīng)該選擇方管型的金屬架結(jié)構(gòu)，如果實(shí)際應(yīng)用的場合對于承載力沒有過高的要求，則選擇角鋼型的金屬結(jié)構(gòu)即可[2]。

2 自動扶梯金屬鋼架結(jié)構(gòu)的剛度分析

在本次的分析中，分別對高度為6米和10米的方管型金屬結(jié)構(gòu)以及角鋼型金屬結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行計算。在計算過程中，將金屬結(jié)構(gòu)的自身重量、驅(qū)動主機(jī)、鏈輪、張緊裝置、扶手、扶路系統(tǒng)以及導(dǎo)軌等系統(tǒng)的重量設(shè)定為負(fù)載I，將乘客負(fù)載設(shè)定為負(fù)載II。以下是本次研究之中具體的計算結(jié)果，如表1-2。

通過以上的數(shù)據(jù)分析可知，如果自動扶梯的提升高度是10米，在其下端三分之一的位置進(jìn)行中間支撐的設(shè)置，就可以使其撓度顯著降低。在剛性支撐設(shè)置好之后，僅僅需要對上端三分之二的撓度進(jìn)行計算即可。如果設(shè)置了彈性支架，就需要對整體的撓度進(jìn)行計算。通常情況下，如果自動扶梯的金屬結(jié)構(gòu)提升高度超過6米，就應(yīng)該進(jìn)行中間支撐的設(shè)置。但是通過實(shí)際的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在方管型金屬結(jié)構(gòu)提升高度為8米以下、角鋼型金屬結(jié)構(gòu)提升高度為7米以下的時候，都不需要進(jìn)行中間支撐的設(shè)置，因?yàn)榇藭r金屬結(jié)果的強(qiáng)度以及剛度都可以滿足要求[3]。

表1 6米高的自動扶梯金屬結(jié)構(gòu)最大撓度分析

表2 10米高的自動扶梯金屬結(jié)構(gòu)最大撓度分析

在有板的金屬結(jié)構(gòu)之中，其撓度都會比無板結(jié)構(gòu)之中的撓度小，無論是在方管型的金屬結(jié)構(gòu)之中還是在角鋼型的金屬結(jié)構(gòu)之中，其減小的幅度都基本相同。根據(jù)剛度的計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，鋼板的應(yīng)用將會對金屬結(jié)構(gòu)撓度的減小十分有利。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，雖然自動扶梯金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度很容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是在提升高度是6米的金屬結(jié)構(gòu)之中，如果不進(jìn)行鋼板的設(shè)置，其剛度就難以和標(biāo)準(zhǔn)的要求相符。因此，將一層鋼板粘貼到自動扶梯金屬結(jié)構(gòu)的下面，不僅可以起到有效的儲油防塵效果，而且也會進(jìn)一步提升金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，使其抗扭性得以進(jìn)一步提升。

3 結(jié)語

綜上所述，金屬結(jié)構(gòu)在自動扶梯之中起到關(guān)鍵性的支撐作用，所以金屬結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度也就直接決定了自動扶梯的運(yùn)行效果、運(yùn)行安全性以及使用壽命。。同時，由于金屬結(jié)構(gòu)的重量直接決定著自動扶梯運(yùn)行過程中的資源消耗，所以在對自動扶梯的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化過程中，除了應(yīng)該對其剛度和強(qiáng)度予以優(yōu)化之外，也應(yīng)該注重對其重量的優(yōu)化。