自動扶梯金屬結構的強度與剛度分析

曲承成 耿青武

東芝電梯（中國）有限公司 遼寧沈陽 110168

在當今社會經濟的不斷發展之中，商場、車站、酒店等公共場所都設置了自動扶梯。作為主要的人群承載設備，自動扶梯的運行安全至關重要。在自動扶梯之中，最主要的結構就是金屬結構，金屬結構對自動扶梯的運行安全起到關鍵性的作用。因此，要想保障自動扶梯的安全運行，就應該保障其金屬結構的剛度和強度。

1 自動扶梯金屬結構的強度分析

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構的強度計算之中可以發現，在自動扶梯的金屬結構之中，桿件最大的應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。之所以會出現這樣的情況，是因為自動扶梯有著三段式的形式結構，也就是說，在自動扶梯的傾斜狀態之下，其金屬結構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，筆者通過一組試驗來對其進行對比，將一個金屬結構水平放置，另一個金屬結構傾斜放置，傾斜角為30度，在這兩個結構相同的對應節點位置上施加一個20000N的負荷，這個負荷力的方向都是垂直向下，并保障兩個結構有著相同的邊界約束。經過計算可以發現，在水平放置的金屬結構之中，主弦桿上的應力最大，可以達到14.5MPa，而在傾斜放置的金屬機構之中，下主弦桿上的最大應力僅僅為12.6MPa，由此可以看出，傾斜的機構可以讓桿件所受的應力得以有效改善[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構和角鋼型金屬結構進行試驗。通過實驗可以發現，在負載作用相同的情況下，方管型桿件的應力會比角鋼型的桿件應力小。將同樣的負荷施加在高度相同，方管型橫截面是60mm×5mm、角鋼型橫截面是80mm×8mm的兩種金屬結構之中，發現前者的應力明顯高于后者。因此，如果實際的應用場合需要較高的承載能力，則應該選擇方管型的金屬架結構，如果實際應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構即可[2]。

2 自動扶梯金屬鋼架結構的剛度分析

在本次的分析中，分別對高度為6米和10米的方管型金屬結構以及角鋼型金屬結構的剛度進行計算。在計算過程中，將金屬結構的自身重量、驅動主機、鏈輪、張緊裝置、扶手、扶路系統以及導軌等系統的重量設定為負載I，將乘客負載設定為負載II。以下是本次研究之中具體的計算結果，如表1-2。

通過以上的數據分析可知，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行中間支撐的設置，就可以使其撓度顯著降低。在剛性支撐設置好之后，僅僅需要對上端三分之二的撓度進行計算即可。如果設置了彈性支架，就需要對整體的撓度進行計算。通常情況下，如果自動扶梯的金屬結構提升高度超過6米，就應該進行中間支撐的設置。但是通過實際的實踐發現，在方管型金屬結構提升高度為8米以下、角鋼型金屬結構提升高度為7米以下的時候，都不需要進行中間支撐的設置，因為此時金屬結果的強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構最大撓度分析

表2 10米高的自動扶梯金屬結構最大撓度分析

在有板的金屬結構之中，其撓度都會比無板結構之中的撓度小，無論是在方管型的金屬結構之中還是在角鋼型的金屬結構之中，其減小的幅度都基本相同。根據剛度的計算結果可以發現，鋼板的應用將會對金屬結構撓度的減小十分有利。通過研究可以發現，雖然自動扶梯金屬結構的強度很容易達到標準的要求，但是在提升高度是6米的金屬結構之中，如果不進行鋼板的設置，其剛度就難以和標準的要求相符。因此，將一層鋼板粘貼到自動扶梯金屬結構的下面，不僅可以起到有效的儲油防塵效果，而且也會進一步提升金屬結構的強度和剛度，使其抗扭性得以進一步提升。

3 結語

綜上所述，金屬結構在自動扶梯之中起到關鍵性的支撐作用，所以金屬結構的剛度和強度也就直接決定了自動扶梯的運行效果、運行安全性以及使用壽命。。同時，由于金屬結構的重量直接決定著自動扶梯運行過程中的資源消耗，所以在對自動扶梯的金屬結構進行優化過程中，除了應該對其剛度和強度予以優化之外，也應該注重對其重量的優化。