自动扶梯金属结构的强度与刚度分析

曲承成 耿青武

东芝电梯（中国）有限公司 辽宁沈阳 110168

在当今社会经济的不断发展之中，商场、车站、酒店等公共场所都设置了自动扶梯。作为主要的人群承载设备，自动扶梯的运行安全至关重要。在自动扶梯之中，最主要的结构就是金属结构，金属结构对自动扶梯的运行安全起到关键性的作用。因此，要想保障自动扶梯的安全运行，就应该保障其金属结构的刚度和强度。

1 自动扶梯金属结构的强度分析

在对提升高度是6米到10米的方管型以及角钢型自动扶梯金属结构的强度计算之中可以发现，在自动扶梯的金属结构之中，杆件最大的应力并不在倾斜一段中间的位置，而是在其上下的水平段以及倾斜段临近连接位置的杆件上。之所以会出现这样的情况，是因为自动扶梯有着三段式的形式结构，也就是说，在自动扶梯的倾斜状态之下，其金属结构整体会比水平放置的情况下有着更大的抗弯模量。在研究过程中，笔者通过一组试验来对其进行对比，将一个金属结构水平放置，另一个金属结构倾斜放置，倾斜角为30度，在这两个结构相同的对应节点位置上施加一个20000N的负荷，这个负荷力的方向都是垂直向下，并保障两个结构有着相同的边界约束。经过计算可以发现，在水平放置的金属结构之中，主弦杆上的应力最大，可以达到14.5MPa，而在倾斜放置的金属机构之中，下主弦杆上的最大应力仅仅为12.6MPa，由此可以看出，倾斜的机构可以让杆件所受的应力得以有效改善[1]。

同时，在本次的研究之中，笔者选取了同样高度和同样界面的方管型金属结构和角钢型金属结构进行试验。通过实验可以发现，在负载作用相同的情况下，方管型杆件的应力会比角钢型的杆件应力小。将同样的负荷施加在高度相同，方管型横截面是60mm×5mm、角钢型横截面是80mm×8mm的两种金属结构之中，发现前者的应力明显高于后者。因此，如果实际的应用场合需要较高的承载能力，则应该选择方管型的金属架结构，如果实际应用的场合对于承载力没有过高的要求，则选择角钢型的金属结构即可[2]。

2 自动扶梯金属钢架结构的刚度分析

在本次的分析中，分别对高度为6米和10米的方管型金属结构以及角钢型金属结构的刚度进行计算。在计算过程中，将金属结构的自身重量、驱动主机、链轮、张紧装置、扶手、扶路系统以及导轨等系统的重量设定为负载I，将乘客负载设定为负载II。以下是本次研究之中具体的计算结果，如表1-2。

通过以上的数据分析可知，如果自动扶梯的提升高度是10米，在其下端三分之一的位置进行中间支撑的设置，就可以使其挠度显著降低。在刚性支撑设置好之后，仅仅需要对上端三分之二的挠度进行计算即可。如果设置了弹性支架，就需要对整体的挠度进行计算。通常情况下，如果自动扶梯的金属结构提升高度超过6米，就应该进行中间支撑的设置。但是通过实际的实践发现，在方管型金属结构提升高度为8米以下、角钢型金属结构提升高度为7米以下的时候，都不需要进行中间支撑的设置，因为此时金属结果的强度以及刚度都可以满足要求[3]。

表1 6米高的自动扶梯金属结构最大挠度分析

表2 10米高的自动扶梯金属结构最大挠度分析

在有板的金属结构之中，其挠度都会比无板结构之中的挠度小，无论是在方管型的金属结构之中还是在角钢型的金属结构之中，其减小的幅度都基本相同。根据刚度的计算结果可以发现，钢板的应用将会对金属结构挠度的减小十分有利。通过研究可以发现，虽然自动扶梯金属结构的强度很容易达到标准的要求，但是在提升高度是6米的金属结构之中，如果不进行钢板的设置，其刚度就难以和标准的要求相符。因此，将一层钢板粘贴到自动扶梯金属结构的下面，不仅可以起到有效的储油防尘效果，而且也会进一步提升金属结构的强度和刚度，使其抗扭性得以进一步提升。

3 结语

综上所述，金属结构在自动扶梯之中起到关键性的支撑作用，所以金属结构的刚度和强度也就直接决定了自动扶梯的运行效果、运行安全性以及使用寿命。。同时，由于金属结构的重量直接决定着自动扶梯运行过程中的资源消耗，所以在对自动扶梯的金属结构进行优化过程中，除了应该对其刚度和强度予以优化之外，也应该注重对其重量的优化。