（无锡地铁运营分公司）
摘要：本文通过对扶手带胶体疲劳强度和内衬磨损进行分析，有助于优化对室外扶手带的保养措施，提高其寿命和可靠度，降低运营成本。
关键词：扶手带；磨损；疲劳；寿命
引言
无锡地铁由于设计之初的地形原因，又要考虑乘客的方便出行，在室外露天出入口处安装了公共交通重载型室外自动扶梯，该型号自动扶梯能在恶劣的工况下，例如高温暴晒、暴雨、大雪中能够正常运行。相对于其他机械部件，扶手带本身完全暴露在外界环境中，又因其材质为胶体且长期处于运转状态，厂家对扶手带设计使用寿命为10年，而实际使用中寿命往往在5年左右。
1、无锡地铁扶手带系统现状调查
1.1端部大摩擦轮式扶手系统
端部大摩擦轮式扶手系统主要由V型扶手带、端部大摩擦轮、张紧装置、扶手带轨道等组成。主驱动大摩擦轮安装于自动扶梯上端部，从动大摩擦轮安装于下端部。这种扶手系统与普通的带传动结构基本相似。扶手带内衬的摩擦层与主驱动轮耐磨涂层之间摩擦力来驱动扶手带运转。这种扶手系统的特点为张紧装置越紧，提供的驱动摩擦力越大，但是扶手带胶体在端部收到应力也越大，同时扶手带与轨道的摩擦阻力也增大。目前端部大摩擦轮式扶手系统失效原因有两种，第一种为扶手带产生较大疲劳裂纹，并蔓延扩展到整根扶手带。第二种为整个扶手带内衬存在均匀磨损，张紧装置调节至最大，扶手带依然会打滑。
1.2直线小摩擦轮组式扶手系统
直线小摩擦轮组式扶手系统主要由C型扶手带、小摩擦轮组、压辊调节装置等组成。小摩擦轮组有两组，一组安装于自动扶梯的中上部，另一组安装于自动扶梯的中下上部，两组摩擦轮组压在内衬上，压辊组压在外侧，通过强大的挤压力产生摩擦力来驱动扶手带运转。这种扶手系统特点对张紧要求低，压辊提供的压力越大，提供的驱动摩擦力越大，但是扶手带的胶体受到的局部压力非常大，容易破损开裂，内衬磨损加剧。目前直线小摩擦轮组式扶手系统失效原因有两种，第一种为扶手带胶体产生局部变形开裂。第二种为扶手带内衬局部磨损严重，甚至磨穿。
2、无锡地铁扶手带系统寿命不足理论原因分析
扶手系统可以简化带传动模型，主动轮处扶手带受到的应力非常大，对该处应力进行分析，新安装的电扶梯扶手带的调整完毕后，进入初始运行状态，在半年左右的磨合期内扶手带在拉应力的作用下有一定的伸长量，维保人员会在磨合期结束后会对张紧装置调节，随后进入稳定期，长度基本保持不变。根据机械设计中带传动的提供的最大有效力Ffc。张紧装置的调节值为S，扶手带与一般皮带不同，其内部有钢丝绳，在扶手带不开裂条件下，近似认为扶手带受到的拉力与张紧装置调节的距离成正比关系，得出F0=F0(S)=KS式中：F0为张紧的拉力，K为张紧应力系数，S为张紧装置的调节值
根据长时间观察发现，扶手带摩擦系数f随张紧力变化，由于扶手带处于室外，扶手带中夹杂许多细小沙粒和其他硬物，张紧越大，磨粒磨损加剧，摩擦系数降低，导致最大摩擦力随着张紧增大而增长缓慢，得出公式f=f(S)。
多次试验发现，随着张紧的增大，扶手带与导轨摩擦力增大，同时与滚轮群组的摩擦力也增大，这些摩擦力形成的阻力迅速递增。Fzt=Fzs+Fz(S)，式中：Fzt为总阻力，Fzs为初始阻力，Fz为阻力。
本文疲劳寿命曲线与机械设计中疲劳寿命曲线不同，一般零件的疲劳寿命为：
首先考虑到露天环境的影响，其次张紧装置的调节值为0时，仍然存在一定的张紧力，考虑上述条件，假设扶手带的初始使用寿命为0.8N0，N0为扶手带的设计使用寿命。
由于新扶手带初期存在磨合阶段，扶手带会有一定量的伸长，虽然调节张紧装置，但张紧力并未增加。当度过磨合阶段，在扶手带不产生裂纹的情况下，扶手带几乎不会再增长，扶手带受到的拉力与张紧装置调节的距离成正比关系。当扶手带已经使用5年左右，此时张紧装置调节至60%左右，张紧力不能保持与张紧装置的调节距离成正比的关系。
3、无锡地铁扶手带系统寿命不足实际原因分析
根据实际记录使用阶段的数据统计和修正后的公式，绘制出最大驱动摩擦力F0—张紧距离S曲线、总阻力Fzt—张紧距离S曲线、疲劳寿命N—张紧距离S曲线。
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从图中我们可以看到，扶手带失效的形式主要有两种。
（1）由于摩擦衬一直处于稳定磨损阶段，摩擦系数随时间不断降低，提供的最大驱动摩擦力不断减小，通过增大张紧距离提高张紧力来保持最大驱动摩擦力，但随着张紧力的增大，扶手带受到的阻力也增大。当张紧装置调到最大值，阻力超过最大驱动摩擦力，扶手带就会打滑，无法调节张紧装置保持或增大最大驱动摩擦力，只能更换扶手带。
（2）张紧过大扶手带产生裂纹并不断扩展，长度突增，寿命快速降低。在强张紧力和室外恶劣环境的作用下扶手带产生裂纹，裂纹不断扩展，使得扶手带不断伸长，扶手带并未存在严重开裂损坏，但张紧装置已经调节到最大，但扶手带仍然存在打滑，该扶手带已失效，只能进行更换。
4、结束语
本文首先根据机械设计带传动的理论知识对无锡地铁扶手带的寿命进行分析，然后根据实际使用工况和安装运行情况就行修正，得出了扶手带摩擦驱动力、扶手带受到的阻力、扶手带的寿命分别与张紧距离的关系，为维保人员合理调节张紧装置提供理论指导，尽可能延长扶手带的运行寿命，降低运营成本。
参考文献
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