自動扶梯梯級固定卡扣受力分析及結構優化研究

王立志

東芝電梯（中國）有限公司 遼寧沈陽 110168

隨著人們生活水平的提高，人們對于自動扶梯產品的要求變得更加多樣，所以對于自動扶梯的制造和生產提出了更高的要求，尤其是在自動扶梯產品的安全性上，要通過對梯級固定卡扣的受力分析和結構優化來實現對梯級固定卡扣的優化設計，并從中找出最為合理的結構優化方法，切實提升自動扶梯產品的安全性，為人們的生命安全帶來有力的保障[1]。

1 梯級固定卡扣的工作原理

自動扶梯的設計生產過程中，最初的產量每年大概在二十臺左右，所應用的結構以及設計的想法都相對單調，結構本身并沒有相應的改進空間，制作工藝也十分的傳統，所采用的仍然是手工作業方式，在人員培訓的方面仍然采用以老帶新的方法。國外自動扶梯最具代表性的是德國的蒂森克魯勃漢堡工廠，其裝配效率很高且精度具有保障。我國引入德國激光拼接技術后雖然技術上有了較大的改善，但成本相對較高。在自動扶梯生產的過程中，梯級固定卡扣的制造是非常重要的，直接決定了整個自動扶梯的安全性能。從目前的情況來看，一般是采用卡扣或者襯套這兩種方式來實現對自動扶梯的梯級固定，第一種方式是利用襯套來固定自動扶梯的梯軸，使得梯級以軸為中心來進行運轉，或者運用卡扣來對梯級進行有效的固定，防止其出現移動的情況。梯級固定卡扣的工作原理就是通過對螺母螺栓中存在的預緊力來減少其中的結構變形，使得卡扣能夠在軸中擰緊，通過兩側的卡扣就能夠實現梯級在軸中的有效固定，避免其出現移動的情況。根據實際運行過程中所反饋的信息，梯級卡扣出現松動的原因主要包括以下幾個方面：首先是其中的螺母螺栓缺乏足夠的夾緊力，沒有實現科學的螺栓選取。其次，所選用的卡扣質地較硬，擰緊后沒有達到預期的效果，導致了卡扣無法抱緊梯級軸。最后，卡扣在具體的工作當中沒能過達到相應的擰緊力矩，且會在后續投入使用時出現振動的情況，從而導致螺紋的松動[2]。

2 梯級固定卡扣的受力分析

上文提到了梯級固定卡扣的工作原理是采用螺母和螺栓的預緊力，使得卡扣開頭結構能夠抱緊梯級軸，所選優的卡扣材質應該具備較強的塑性和韌性，并且容易變形。一般情況下會采用冷軋低碳鋼板和鈑金來作為材料，在對卡扣受力分析的過程中所選擇的是10#鋼作為案例材料，通過相關的分析軟件來對其受力進行分析，參考最后得出的結果來對材質選擇的合理性進行準確的判斷。首先要做的是邊界條件以及三維模型的設定，卡扣材料屬性中，彈性模量一般為兩百兆帕，泊松比為零點二九，屈服強度為兩百六十兆帕，在模擬實際狀況時采用內圓鉸鏈約束及中心固定約束這兩種方式。結合實際的工作情況來對模型進行分析和求解，從而得到卡扣的受力分布，通過結果可能得知卡扣工作面受力較大，能夠達到所用材料的屈服極限，應力達到了兩百八十兆帕，小于極限的抗拉強度。在實際的運行過程中卡扣所應用的材料雖然會發生塑性的變形情況，但卻沒受到任何破壞，證明所選擇的材料是合理的，能夠達到設計的相關要求[3]。

3 梯級固定卡扣的結構優化

從上文的內容可知，當前梯級固定卡扣中容易發生來的問題是螺母可能會發生旋轉的情況，這樣一來螺母內壁就會和螺紋之間出現摩擦的情況，之所以會出現這樣的問題，是因為梯級固定卡扣擰矩沒能夠達到要求。通過對結構進行分析可知，之前所設計的卡扣螺母只是在單邊固定鈑金臺階當中，而另一邊并未具備定位的作用。在擰緊螺栓的過程中，要降低梯級固定卡扣的開口，使其結構發生變形，螺母和螺栓都向外側進行移動，使得螺母和臺階之間出現脫離進而旋轉的情況[4]。通過對結構的分析來實現對梯級固定卡扣結構的優化，并在這個過程中將臺階面設計成為具備更強固定功能的凹凸臺面。通過對其進行改進以后，梯級固定卡扣能夠改善之前設計中存在的問題，通過凹凸臺面結構的增加，使得螺栓螺母的固定效果變得更好，防止在卡扣被擰緊之后再次出現的變形情況。在對梯級固定卡扣的優化效果進行檢驗，需要采用夾緊力實驗的方法來完成測試，對新設計的梯級固定卡扣夾緊力與老設計的梯級固定卡扣夾緊力進行比對，利用擰緊力來將卡扣擰緊固定到梯級軸當中，并放入到相關的工裝內部，運用壓力裝置來對推理進行測試，通過逐步增加壓力來對卡扣移動情況進行觀察，通過最終的測試結果能夠看出，之前所設計的卡扣移動距離要遠遠大于優化后的固定卡扣移動距離，可見對梯級固定卡扣的結構優化效果非常好[5]。

4 結語

本文對于自動扶梯中的梯級固定卡扣所應用的工作原理進行闡述，并對當前梯級固定卡扣設計中存在的問題進行了分析，進而對其進行針對性的設計優化處理，通過對比新梯級固定卡扣和老梯級固定卡扣的對比能夠發現，新設計的卡扣有著更強的夾緊力，大大降低梯級的移動風險，從而提升自動扶梯的安全程度。通過對固定卡扣的結構進行優化，使得梯級固定卡扣的應用范圍更廣，能夠在很多其他的工程當中得到有效的應用。