張震宇

日立電梯（廣州）自動(dòng)扶梯有限公司 廣東廣州 510660

1 自動(dòng)扶梯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

自動(dòng)扶梯是以電力驅(qū)動(dòng)，在一定方向上能夠大量、連續(xù)運(yùn)送乘客的開(kāi)放式運(yùn)輸機(jī)械。具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、安裝維修簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。因此，在客流量大而集中的場(chǎng)所，如車站、地鐵、商場(chǎng)等處，得以廣泛應(yīng)用。

1.2 分類

扶梯分類方法很多，可從不同角度來(lái)分[1]。

（1）按驅(qū)動(dòng)方式分類：有鏈條式或直接式(端部驅(qū)動(dòng))和齒輪齒條式(中間驅(qū)動(dòng))兩類。

（2）按使用條件分：有普通型(每周少于140h運(yùn)行時(shí)間)、公共交通型(每周大于140h運(yùn)行時(shí)間)、重載型(在任何3小時(shí)間隔內(nèi)，持續(xù)重載時(shí)間至少為1小時(shí))。

（3）按運(yùn)行速度分：有恒速和可調(diào)速兩種。

（4）按梯級(jí)運(yùn)行軌跡分：有直線型(傳統(tǒng)型)、螺旋型、變坡度型3類。

2 自動(dòng)扶梯金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

2.1 做好原材料的控制

在設(shè)計(jì)階段，需要技術(shù)部門選擇適用的鋼材，盡量在節(jié)省鋼材的前提下達(dá)到金屬結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)以后，首先要對(duì)外購(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)需要進(jìn)行檢測(cè)的金屬進(jìn)行檢測(cè)，確保金屬質(zhì)量合格。確認(rèn)質(zhì)量不合格的，應(yīng)單獨(dú)存放，做好標(biāo)記，并及時(shí)處理。若制造企業(yè)對(duì)原材料的把關(guān)很不嚴(yán)謹(jǐn)，原材料運(yùn)進(jìn)制造企業(yè)，制造企業(yè)并不進(jìn)行檢驗(yàn)，就直接應(yīng)用于生產(chǎn)，須知最終造成的質(zhì)量問(wèn)題是由制造企業(yè)全部承擔(dān)的。所以制造企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)原材料的檢驗(yàn)，這不僅是避免承擔(dān)質(zhì)量問(wèn)題責(zé)任，更重要的是從根本上杜絕質(zhì)量問(wèn)題，加強(qiáng)自動(dòng)扶梯的安全可靠性。原材料檢驗(yàn)之后進(jìn)入制造階段，確認(rèn)原材料質(zhì)量合格的，注意分類存放，禁止將不同類金屬接觸（比如不銹鋼和碳素鋼不能接觸），并保證存儲(chǔ)原材料所需的自然條件[2]，如溫度、濕度等，確保原材料在焊接前質(zhì)量仍符合要求。

2.2 做好結(jié)構(gòu)邊緣至形心距離的改變

對(duì)于自動(dòng)扶梯這樣一種較為成熟的產(chǎn)品而言,結(jié)構(gòu)邊緣至形心距離的改變意味著產(chǎn)品的整體尺寸的變化。由于各廠家的產(chǎn)品已經(jīng)相對(duì)成體系,所用配件也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),所以,如果對(duì)整體外形進(jìn)行改動(dòng),勢(shì)必帶來(lái)一系列的問(wèn)題,故本文不討論這一部分內(nèi)容。

2.3 優(yōu)化金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輕量化

（1）金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。剛度和強(qiáng)度是金屬結(jié)構(gòu)性能的判定指標(biāo),有些金屬結(jié)構(gòu)在最初設(shè)計(jì)時(shí)由于沒(méi)有進(jìn)行細(xì)致的分析計(jì)算,導(dǎo)致其剛度和強(qiáng)度有較大冗余?？蓪?duì)這類金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)輕量化。在輕量化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以控制其剛度為主,因?yàn)閯偠戎苯佑绊懽詣?dòng)扶梯梯路運(yùn)動(dòng)件(包括梯級(jí)、滾輪等)與靜止件(包括導(dǎo)軌、支架)之間的配合,對(duì)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行可靠性至關(guān)重要。GB16899《自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道制造與安裝安全規(guī)范》中對(duì)自動(dòng)扶梯的剛度提出了明確要求[3]。

（2）金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要措施。在金屬結(jié)構(gòu)中通常占總質(zhì)量比重較大的部件為主弦材(包括上弦材和下弦材)、底板、駁接等，同時(shí)剛度和強(qiáng)度冗余也多出現(xiàn)在這些部件上。因此,根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布的特點(diǎn),研究合理減少這些部件鋼材用量的措施。可采取的措施主要有：

①減小主弦材(包括上弦材和下弦材)的截面面積。②減少底板厚度。③減少駁接數(shù)量(適用于有多組駁接且駁接質(zhì)量占總質(zhì)量比重較大的金屬結(jié)構(gòu))。

以下對(duì)這三種措施分別討論。

措施一,鋼材的密度為7850kgm3,主弦桿的截面面積每減小1cm2,質(zhì)量可減少0.785kgm。主弦桿的總長(zhǎng)度一般為數(shù)十米甚至上百米,因此該措施對(duì)減輕質(zhì)量的效果非常明顯。對(duì)未輕量化的金屬結(jié)構(gòu)有限元模型計(jì)算后發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)應(yīng)力的最大值一般出現(xiàn)在上弦材。為確保金屬結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度,一般不減小上弦材的截面面積,但可以適當(dāng)?shù)販p小下弦材的截面面積。

措施二,底板是金屬結(jié)構(gòu)中必不可少的部件,它提高了金屬結(jié)構(gòu)的剛度和抗扭性能,同時(shí)還兼具防塵、儲(chǔ)油等輔助功能。金屬結(jié)構(gòu)中的底板長(zhǎng)度一般從十幾米到幾十米不等,覆蓋整個(gè)金屬結(jié)構(gòu)的底部,因此減少其厚度對(duì)質(zhì)量影響很大。有限元計(jì)算結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用表明,當(dāng)?shù)装搴穸却笥?mm時(shí),對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的剛度和抗扭性能的貢獻(xiàn)比較明顯;當(dāng)?shù)装搴穸刃∮?mm時(shí),其作用更多體現(xiàn)在防塵、儲(chǔ)油等方面,對(duì)金屬結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)則隨底板厚度的減小而迅速減少。且底板厚度不應(yīng)過(guò)小,否則人無(wú)法站在底板上進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)的焊接裝配操作。因此在考慮減少底板厚度時(shí),必須確保金屬結(jié)構(gòu)有足夠的剛度和抗扭性能,否則在自動(dòng)扶梯運(yùn)行時(shí)有發(fā)生活動(dòng)梯級(jí)與裙板碰擦事故的安全隱患。

措施三,駁接是金屬結(jié)構(gòu)中各段的連接部件。某些金屬結(jié)構(gòu)為了連接牢固,保證足夠的剛度,在駁接處采用相對(duì)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu),質(zhì)量也隨之增加。在提升高度較大的金屬結(jié)構(gòu)上駁接數(shù)量往往較多,因此采用合理的設(shè)計(jì)來(lái)減少整體結(jié)構(gòu)的駁接組數(shù)，對(duì)減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量很有幫助。如果受運(yùn)輸條件及結(jié)構(gòu)剛度限制不能減少駁接組數(shù),那么對(duì)駁接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也可減少質(zhì)量。對(duì)多駁接結(jié)構(gòu)而言,該措施的效果不容忽視。

除以上三種主要措施外,還可根據(jù)實(shí)際情況有選擇地減輕其他部件的質(zhì)量。需要注意的是,在輕量化過(guò)程中應(yīng)始終以確保結(jié)構(gòu)的剛度和安全為前提,以避免由于減少結(jié)構(gòu)中各部件的鋼材用量而導(dǎo)致局部剛度或強(qiáng)度不足現(xiàn)象的發(fā)生[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜前所述,在自動(dòng)扶梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了以上需要注意的問(wèn)題之外，還應(yīng)注意從以下幾個(gè)方面對(duì)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以改進(jìn)：①提升高度不同，上下弦材可采用具有不同截面的型材。②沒(méi)有特殊的結(jié)構(gòu)要求時(shí)，上弦材的橫截面尺寸可略大于下弦材。③如果要提高現(xiàn)有產(chǎn)品的強(qiáng)度指標(biāo)，在維持原有型材不變的情況下，較好的方法是在上弦桿外側(cè)貼加強(qiáng)板[5]。④加厚底板及選取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋布置方式，能提高析架的抗扭剛度。